Медаль «За оборону Сталинграда» изготавливается из латуни и имеет форму правильного круга диаметром 32 мм. На лицевой стороне медали — группа бойцов с винтовками наперевес. Над группой бойцов, с правой стороны медали, развевается знамя, а с левой стороны видны очертания танков и летящих друг за другом самолетов. В верхней части медали, над группой бойцов, пятиконечная звездочка и надпись по краю медали «ЗА ОБОРОНУ СТАЛИНГРАДА». Лицевая сторона медали окаймлена выпуклым бортиком. На оборотной стороне медали надпись «ЗА НАШУ СОВЕТСКУЮ РОДИНУ». Над надписью изображены серп и молот. Все надписи и изображения на медали выпуклые.
Медаль при помощи ушка и кольца соединяется с пятиугольной колодочкой, обтянутой шелковой муаровой лентой оливкового цвета с продольной красной полоской посередине. Ширина ленты — 24 мм, ширина полоски — 2 мм.