希特勒的猶豫不決、高級將領們對改變計劃的不滿以及過長的補給線,以及蘇軍的頑強抵抗,令史達林格勒的巷戰成為德國士兵的惡夢。當蘇聯紅軍發動反攻時,20個師的德軍(還有2個羅馬尼亞師)被切斷了退路,德國第六集團軍被完全圍困。隨著食品、燃料和彈藥的消耗,德軍的陣地越來越小,直到最後一部分德軍在1943年初投降。為了確保前線軍官不會投降,希特勒提升第六集團軍司令弗里德里希·保盧斯(Friedrich Wilhelm Ernst Paulus )為陸軍元帥(因為歷史上的德國陸軍元帥沒有一個曾經投降過。保羅斯沒有投降,但也沒有遵照希特勒的命令「戰到最後一兵一卒一槍一彈」,他本人最後被蘇軍俘虜)。史達林格勒戰役以歷史上最血腥的戰役而載入史冊,雙方的損失都很慘重,大約有200萬人死亡,其中50萬是平民。該戰役與中途島海戰同時成為二戰最重大的轉折點。
盟軍佔領北非後,利用其優勢進入歐洲已經是不可避免的了。1943年7月10日,盟軍最先攻擊了義大利的西西里島(西西里島登陸戰役)。這令墨索里尼喪失了黨內同仁的支持。1943年7月25日,一向是墨索里尼的橡皮圖章的法西斯黨最高委員會通過決議要求恢復君主立憲制,並把軍隊的指揮權交給國王。當天晚上墨索里尼被國王召見,到達皇宮後立即被逮捕並撤除所有職務,隨後軟禁在一個與外界隔絕的別墅。他的繼任人彼得羅·巴多格利奧元帥(General Pietro Badglio)在1943年9月8日與盟軍達成停火協議。
與此同時,由喬治·巴頓將軍(General George Smith Patton)率領的美國第七集團軍以及由伯納德·勞·蒙哥馬利將軍(Field Marshal Bernard Law Montgomery)率領的英國第八集團軍成功會師,完成了對西西里的佔領。
盟軍也開始對德國城市進行猛烈的轟炸,造成了嚴重的人員傷亡與物質破壞。而在國內,希特勒逃過了多次暗殺行動,包括發生在1944年7月20日最嚴重的一次政變企圖。這場由克勞斯·馮·施道芬堡(Claus von Stauffenberg)策劃、阿爾弗雷德·台爾普(Alfred Delp)等人參與的計劃原本準備用炸彈謀殺希特勒,但是過程中一些未預料到的因素導致預謀失敗。希特勒只受了輕傷。
此時日軍主要目標為夏威夷群島及澳大利亞,以阻止盟軍利用來作為反攻跳板。4月的空襲東京(Doolittle Raid,杜立德空襲)雖然很大程度上是象徵性的,卻鼓舞了士氣;而美國海軍在珊瑚海海戰(Battle of the Coral Sea)雖失利,卻依然挫敗了日軍進攻莫爾茲比港(Port Moresby)的企圖。日軍為了避免本土遭受攻擊,決定於6月發動中途島海戰(Battle of Midway),以求殲滅美國太平洋艦隊;在這場實力相近的戰役中,日本海軍因為動作較緩,慘遭四艘航母被毀的決定性打擊。中途島海戰是第二次世界大戰太平洋戰場的轉折點。
澳大利亞軍隊在新幾內亞成功地守住了莫爾茲比港,8月日本地面部隊在米爾恩灣戰役(Battle of Milne Bay)中遭到挫敗。同時美國和日本搶佔瓜達爾卡納爾島(Guadalcanal)。在之後的6個月雙方部隊發生激烈戰鬥,最終美國取得了勝利。至此日本不得不開始打一場防禦戰,盟軍變被動為主動。日本海軍被瓜達爾卡納爾島戰役拖累,從此便再也無法恢復元氣。日軍在其他戰場上也喪失了優勢,美國開始積極為麥克阿瑟在新幾內亞的陸地推進以及尼米茲的太平洋島嶼戰爭鋪平道路。
1944年盟軍在一系列越島登陸作戰中,突破了日軍在太平洋的內防禦圈,日本海軍遭到重創,隨後盟軍發起進攻菲律賓的登陸戰役,在雷伊泰灣海戰中擊潰了殘餘的日本艦隊。盟軍在西太平洋獲得空中和海上的壓倒性優勢。