远在斯大林格勒沃尔科夫，则开端筹办他和华西列夫一起制定的打算，斯大林将这个反攻打算起了一个非常清脆的名字，‘天王星行动’，行动的根基战略是将德军持续管束在城内，然后通过打击德军衰弱的外侧来将德军包抄在斯大林格勒郊区。这与针对德军中心军群的“火星行动”相照应。该打算规定：西南边面军从顿河西岸的谢拉莫菲维奇和克利茨卡亚地区桥头阵地实施主攻，冲破罗马利亚第3个人军防备，直插顿河东岸的卡拉奇；斯大林格勒方面军从斯大林格勒南面向西北突击，冲破罗马利亚第4个人军防备，与西南边面军在卡拉奇会师，完成对德第6个人军的合围；顿河方面军由罗科索夫中将批示，其任务是从斯大林格勒西北面向东南实施帮助性突击，保护西南边面军的主攻。
斯大林格勒保卫战，能够说是人类汗青上最残暴的战役，如许的说法不是没有按照的，斯大林格勒保卫战开端。面对德军建议的持续性猛攻，苏联最高统帅部则号令该城守军采纳统统办法守住阵地，为了制止军队后撤，苏联利用督战军队严格节制疆场，很多新兵被迫在己方机枪下不断冲锋，从火线刚运抵的新兵均匀存活时候不超越24小时。在斯大林格勒争夺战中，苏军击退德军700多次冲锋，使德军始终没法攻占全城。
当德军最高统帅部接到苏联赤军建议反攻的动静后，陆军总参谋长蔡茨勒将兵力劝希特勒命令保卢斯撤出斯大林格勒。但是，空军司令戈林元帅却向希特勒包管说，他能够包管空军有才气通过“空中桥梁”为第6个人军的空中补给。究竟证明德国空军底子没有供应如此大范围军队的供应的运输才气，其每天300吨的运输上限也没法满足每天700吨的需求。但希特勒仍然支撑戈林的打算，希特勒遂号令保卢斯死守阵地，第6个人军必须留在斯大林格勒，并号令他这个个人军此后改称“斯大林堡垒”个人军。因为卑劣气候和苏联赤军防空火力，空投打算很快就蒙受失利。据统计，德军只获得10%摆布的所需物质，第6个人军垂垂感遭到饥饿的威胁。另一面，苏联赤军在不竭加强对斯大林格勒的包抄圈，并开端缩小包抄圈的行动。
颠末3个月血腥的战役至1942年11月初，德军终究迟缓地推动到了伏尔加河岸，并且占据了整座都会的80%地区，将留守的苏联军队豆割成两个狭长的口袋状，德军始终未能完整占据斯大林格勒。别的，伏尔加河开端结冰，导致苏联不能再通过船运送补给品给城中守军。固然如此，马马耶夫高地四周的战役和北部城区的工厂地带的战役仍然非常狠恶。此中，红色十月工厂、拖沓机厂和街垒工厂的战役为全天下所晓得。当苏联兵士与德军停止枪战的同时，工厂内的工人就在侧旁修复破坏的坦克和别的兵器，有的时候乃至就直接在疆场上补缀兵器。坦克由工厂的工人志愿兵驾驶。这些坦克常常直接参兵工厂的出产线上开到了战役火线，乃至来不及涂上油漆和安装射击对准镜。
此次苏军获得了庞大的胜利。斯大林格勒战役都是二战中乃至人类战役史上最为惨烈的战役之一。全部战役持续199天。因为战役范围太大，伤亡者人数始终没法获得精确统计。在战役最后阶段，德军仍然对苏联赤军形成了沉重的打击，同时，苏联赤军也几近毁灭了德军第6个人军全数和第4装甲个人军部分，有21个德国师的番号被从序列表中消去，另有大量直属军队被毁灭。