Сформирована 10 июля 1942 г. на основании директивы Ставки ВГК от 9 июля 1942 г. на базе 1-й резервной армии. В нее вошли 18, 29, 112, 131, 214 и 229-я стрелковые дивизии, 66-я и 154-я морские стрелковые, 137-я и 40-я танковые бригады, полки курсантов Житомирского, Краснодарского, 1-го и 3-го Орджоникидзевских военных училищ, ряд артиллерийских и других частей. 12 июля включена во вновь образованный Сталинградский фронт. С началом Сталинградской стратегической оборонительной операции ее передовые отряды вели упорные бои с авангардами 6-й немецкой армии на р. Цимла. В последующем соединения 64-й армии отражали наступление южной ударной группировки противника на рубеже Суровикино, Рычково и далее по левому берегу Дона.

В начале августа, в виду угрозы прорыва 4-й танковой армии противника к Сталинграду с юго-запада, войска армии были отведены на внешний оборонительный обвод Сталинграда, где продолжали вести оборонительные бои. С 7 августа армия входила в Юго-Восточный (с 28 сентября Сталинградский 2-го формирования) фронт. В конце августа отражала атаки противника на среднем обводе, а в начале сентября была отведена на внутренний оборонительный обвод Сталинграда и закрепилась на рубеже Старо-Дубовка, Елхи, Ивановка, на котором вела упорные бои до 12 сентября. В дальнейшем ее соединения и части обороняли юго-западную окраину и южную часть Сталинграда. После прорыва противником обороны Юго-Восточного фронта на стыке 62-й и 64-й армий и выхода его войск к Волге в районе Купоросное основные силы армии обороняли район южнее и юго-западнее Сталинграда, откуда систематически предпринимали контратаки и контрудары по флангу вражеской группировки, пытавшейся овладеть городом.

При переходе советских войск в контрнаступление армия наступала в составе главной ударной группировки Сталинградского фронта, в направлении Советский, Калач. 23 ноября вышла к р. Червленная и в последующем вела боевые действия на внутреннем фронте окружения противника. С 1 января 1943 г. в составе Донского фронта участвовала в ликвидации окруженной группировки немецких войск под Сталинградом. После завершения Сталинградской битвы армия с 6 февраля 1943 г. входила в группу войск под командованием генерал-лейтенанта К.П. Трубникова (с 27 февраля — Сталинградская группа войск), находившуюся в резерве Ставки ВГК. 1 марта передана Воронежскому фронту и в его составе вела оборонительные бои на р. Северский Донец в районе Белгорода.

1 мая 1943 г. 64-я армия преобразована в 7-ю гвардейскую армию.

Командующие: генерал-лейтенант Чуйков В.И. (июль-август 1942 г.); генерал-майор, с декабря 1942 г. генерал-лейтенант Шумилов М.С. (август 1942г.- апрель 1943 г.).

Член Военного совета бригадный комиссар, с октября 1943 г. полковник, с марта 1943 г. генерал-майор Сердюк З.Т. (июль 1942 г. — апрель 1943г.).

Начальники штаба: полковник Новиков Н.М. (июль-сентябрь 1942 г.); генерал-майор Ласкин И.А. (сентябрь 1942 г. — апрель 1943 г.).