В начале военных действий 10-я армия действовала сначала в Польше, позже в Бельгии и Нидерландах. После смены нумерации десятая армия стала шестой. В августе 1940 года получил звание генерал-лейтенанта, с июня 1940 года по декабрь 1941 года был заместителем начальника генерального штаба немецкой армии (сухопутных сил) (в должности — Oberquartiermeister I). С 21 июля по 18 декабря 1940г работал над разработкой плана по нападению на СССР.
В январе 1942 года был назначен командующим 6-й армией (вместо В. Рейхенау), которая в это время действовала на Восточном фронте. В августе 1942 года награждён Рыцарским крестом. Летом и осенью 1942 года 6-я армия входила в группу армий «Б», сражавшуюся на южном участке фронта, с сентября 1942 года участвовала в битве под Сталинградом, где была окружена советскими войсками. Паулюс, находясь в осажденном Сталинграде, пытался уверить Гитлера, что армии правильнее будет в сложившейся ситуации оставить Сталинград и предпринять попытку прорыва для воссоединения с основными силами вермахта. Однако Гитлер в самой категорической форме запретил Паулюсу покидать осажденный Сталинград. Гитлер пообещал Паулюсу, что будет налажено снабжение блокированной армии по "воздушному мосту" и, кроме того, в самое ближайшее время его армия будет деблокирована. Однако в действительности, вопреки заверениям Гитлера и Геринга (командующего Люфтваффе), оказалось невозможно наладить полноценное снабжение окружённой армии амуницией, боеприпасами, топливом и продовольствием посредством "воздушного моста".
Ф. Паулюс свидетельствует на Нюрнбергском процессе.
15 января 1943 года Паулюс награждён Дубовыми Листьями к Рыцарскому кресту. 30 января 1943 года Гитлер повысил Паулюса до высшего военного звания — фельдмаршал. В радиограмме, отправленной Гитлером Паулюсу, кроме всего прочего говорилось, что «ещё ни один немецкий фельдмаршал не попадал в плен». Это было завуалированным намёком Паулюсу совершить самоубийство. Паулюс на это не пошёл.Утром 31 января 1943 года он, через офицеров штаба, передал советским войскам просьбу о приеме сдачи. После дополнительных переговоров с прибывшими начальником штаба 64-й армии генерал-майором И.А.Ласкиным и двумя офицерами Ф.Паулюс к 12 часам 31 января 1943 года был доставлен в Бекетовку, где его встретил командующий 64-й армией генерал М.С.Шумилов.
Вскоре Ф.Паулюс был представлен командующему фронтом К.К. Рокоссовскому, который предложил ему издать приказ о капитуляции остатков 6-й армии, чтобы прекратить бессмысленную смерть ее солдат и офицеров. Генерал-фельдмаршал отказался пойти на это, поскольку он теперь пленный, а его генералы отныне сами отвечают за свои войска. 2 февраля 1943 года последние очаги сопротивления немецких войск в Сталинграде были подавлены.
Вынужденное реагировать на советское официальное сообщение о взятии в плен около 91 тысячи солдат и офицеров, нацистское правительство скрепя сердце сообщило немецкому народу о том, что 6-я армия полностью погибла. В течение трех дней все немецкие радиостанции передавали похоронную музыку, в тысячах домов Третьего рейха воцарился траур. Рестораны, театры, кинотеатры, все увеселительные заведения были закрыты, и население рейха тяжело переживало трагедию поражения под Сталинградом.
В феврале Ф.Паулюса и его генералов привезли в Красногорский оперативный пересыльный лагерь № 27 НКВД в Московской области, где им предстояло провести несколько месяцев. Пленные офицеры по-прежнему воспринимали Ф.Паулюса как своего командующего. Если первые дни после капитуляции фельдмаршал выглядел подавленным и больше молчал, то здесь он вскоре заявил: «Я являюсь и останусь национал-социалистом. От меня никто не может ожидать, что я изменю свои взгляды, даже если мне будет грозить опасность провести в плену остаток моей жизни». Ф.Паулюс еще верил в мощь Германии и что «она будет с успехом сражаться». И втайне надеялся, что его либо освободят, либо обменяют на какого-нибудь советского полководца. (О предложении А.Гитлера обменять Ф.Паулюса на сына И.В.Сталина, Якова Джугашвили, фельдмаршал узнал лишь после войны.)
В июле 1943 года в красногорском лагере был создан Национальный комитет «Свободная Германия». В его состав вошли 38 немцев, 13 из которых были эмигранты (Вальтер Ульбрихт, Вильгельм Пик и др.). Вскоре Главное политуправление Красной Армии и Управление по делам военнопленных и интернированных (УПВИ) НКВД рапортовали о своем новом успехе: в сентябре того же года проходит учредительный съезд новой антифашистской организации «Союз немецких офицеров». В нем приняли участие более ста человек, избравших президентом СНО генерала В. фон Зейдлица.
Для Ф.Паулюса и его соратников, которые были еще весной переведены в генеральский лагерь в Спасо-Евфимиевом монастыре под Суздалем, это было предательством. Семнадцать генералов во главе с фельдмаршалом подписывают коллективное заявление: «То, что делают офицеры и генералы, ставшие членами «Союза», является государственной изменой. Мы их больше не считаем нашими товарищами, и мы решительно отказываемся от них». Но через месяц Ф.Паулюс неожиданно отзывает свою подпись из генеральского «протеста». Вскоре его переводят в селение Чернцы в 28 км от Иванова. Высшие чины НКВД опасались, что из Суздаля фельдмаршала могут похитить, поэтому отправили его в глушь лесов. Помимо него в бывший санаторий имени Войкова прибыло 22 немецких, 6 румынских и 3 итальянских генерала.
В бывшем санатории у Ф.Паулюса стало прогрессировать заболевание кишечника, по поводу которого он был неоднократно оперирован. Однако, несмотря ни на что, он отказывался от индивидуального диетического питания, а только попросил доставить ему травы майоран и эстрагон, которые он всегда возил с собой, но чемодан с ними потерял в боях. Ко всему прочему он, как и все пленники «санатория», получал мясо, масло, все необходимые продукты, посылки от родных из Германии, пиво по праздникам. Пленники занимались творчеством. Для этого им были предоставлены все возможности: дерева вокруг было предостаточно, так что многие занимались резьбой по дереву (даже вырезали для фельдмаршала жезл из липы), холсты и краски были в любом количестве, сам Ф.Паулюс занимался этим, писали мемуары.
Тем не менее он по-прежнему не признавал «Союз немецких офицеров», не соглашался на сотрудничество с советскими органами, не выступал против А.Гитлера. Летом 1944 года фельдмаршала переводят на спецобъект в Озерах. Почти каждый день из УПВИ пишутся на имя Л.П.Берии отчеты о ходе обработки Сатрапа (такая кличка была присвоена ему в НКВД). Ф.Паулюсу вручают обращение 16 генералов. Интеллигентный, нерешительный Ф.Паулюс колебался. Как бывший штабист он, видимо, привык просчитывать все «за» и «против». Но целый ряд событий «помогает» ему в этом: открытие Второго фронта, поражение на Курской дуге и в Африке, потеря союзников, тотальная мобилизация в Германии, вступление в «Союз» 16 новых генералов и лучшего друга, полковника В.Адама, а также смерть в Италии в апреле 1944 года его сына Фридриха. И, наконец, покушение на А.Гитлера офицеров, которых он хорошо знает. Его потрясла казнь заговорщиков, среди которых был и его друг генерал-фельдмаршал Э. фон Вицлебен. Свою роль сыграло, видимо, и письмо его жены, доставленное из Берлина советской разведкой.
8 августа Ф.Паулюс совершил наконец то, чего от него добивались полтора года, – подписал обращение «К военнопленным немецким солдатам и офицерам и к немецкому народу», в котором говорилось буквально следующее: «Считаю своим долгом заявить, что Германия должна устранить Адольфа Гитлера и установить новое государственное руководство, которое закончит войну и создаст условия, обеспечивающие нашему народу дальнейшее существование и восстановление мирных и дружественных отношений с нынешним противником». Через четыре дня он вступил в «Союз немецких офицеров». Потом в Национальный комитет «Свободная Германия». С этого момента он становится одним из самых активных пропагандистов в борьбе с фашизмом. Регулярно выступает по радио, ставит свои подписи на листовках, призывая солдат Вермахта переходить на сторону русских. Отныне для Ф.Паулюса обратного пути нет.
Это сказалось и на членах его семьи. Гестапо арестовало его сына, капитана Вермахта. Отправляют в ссылку его жену, отказавшуюся отречься от пленного мужа, дочь, невестку, внука. В апреле 1945 года они были освобождены из концлагеря в Дахау. Но фельдмаршалу не суждено было больше увидеться со своей женой. 10 ноября 1949 года она скончалась в Баден-Бадене, в американской зоне оккупации. Ф.Паулюс узнал об этом только через месяц.
Фридрих Паулюс выступал в качестве свидетеля на Нюрнбергском процессе.
