В мае 1942 года Зейдлитц был назначен командиром корпуса, входившего в состав 6-й армии Паулюса. Летом того же года он был произведен в генералы артиллерии. Его корпус участвовал во втором сражении за Харьков, где ему вместе с 17-м корпусом Холлидта удалось удержать превосходящие в несколько раз по численности части Красной армии до подхода 1-й танковой армии фон Клейста. Сражение закончилось окружением советских войск: в плен были взяты более 200 тысяч солдат, уничтожено 1250 танков и более 2 тысяч орудий.
Во время наступления на Сталинград удача изменила корпусу Зейдлитца. Начав штурм города 7 сентября, его войска продвигались крайне медленно, так как им приходилось отражать постоянные контратаки частей Красной армии и, кроме того, продвижение было затруднено преградами и завалами, которые приходилось расчищать. К 13 сентября Зейдлитц взял Мамаев курган, но это только усилило сопротивление частей РККА. Когда же возможность окружения 6-й армии Паулюса стала реальной, Зейдлитц, несмотря на приказ Гитлера стоять до последнего, стал настаивать на 
немедленном прорыве и отступлении. Но Паулюс отверг несанкционированный план прорыва, сказав: «Я не могу идти против воли Гитлера и не могу двинуться без его разрешения».
Зейдлитц не подчинился приказу и решил отвести большую часть своих войск из-под удара, сохранив ее для будущего прорыва. Но сделать этого ему не удалось, так как, заметив перемещение, советские войска атаковали отходившие части, нанеся им серьезный урон.
За неподчинение приказу Зейдлитца хотели привлечь к суду, но Паулюс не стал заводить дело.
Решение не уходить из Сталинграда означало конец для 6-й армии. Спасти ее мог только командующий, который отважился не подчиниться приказу фюрера. Зейдлитц, и не только он, рекомендовали Паулюсу идти на прорыв. В корпусе Зейдлитца было уже уничтожено все лишнее снаряжение, которое мешало бы на марше. Но Паулюс остался непреклонен.
В начале января 1943 года советское командование предложило Паулюсу сдаться, но он даже не ответил на ультиматум. После очередного наступления частей Красной армии Зейдлитц сам предложил Паулюсу сдать город, но Паулюс снова ответил отказом. Тогда Зейдлитц отдал приказ по своему корпусу, разрешающий сдаваться в плен, если станет ясно, что сопротивление бесполезно. Сам Зейдлитц попал в плен 30 января.
