Обороной Сталинграда руководил Маршал Советского Союза С.К. Тимошенко, а с 23-го июля – генерал-лейтенант В.Н.Гордов. Советское командование приняло меры к уничтожению прорвавшейся к Волге группировки противника, остановив его на северо-западной окраине города.

Фашисты бросили на подкрепление румынскую и итальянскую армии. Гитлеровское командование стремилось в кратчайший срок овладеть Сталинградом.

С 12-го сентября на улицах города развернулись ожесточённые бои. Их вели бойцы 62-й армии генерал-лейтенанта В.И.Чуйкова и 64-й армии генерал-майора М.С.Шумилова.

15-го октября немецко-фашистские войска прорвались к Волге в районе Сталинградского тракторного завода. 11-го ноября они предприняли последнюю попытку овладеть городом. Им удалось пробиться к Волге южнее завода «Баррикады». Это был их последний успех. В ходе наступления фашисты потеряли около 700 тысяч убитых и раненых, свыше двух тысяч орудий и миномётов, более одной тысячи танков и штурмовых орудий, свыше 1,4 тысячи боевых и транспортных самолётов. Советские войска измотали и обескровили главную группировку противника, были созданы благоприятные условия для контрнаступления.

К середине ноября 1942 года подготовка к контрнаступлению завершилась. Разработку плана осуществляли представители Ставки: генерал армии Г.К.Жуков, генерал-полковник А.М.Василевский. От артиллерии – генерал-полковник артиллерии Н.Н.Воронов, от авиации – генерал-лейтенант авиации А.А.Новиков и А.Е.Голованов, от бронетанковых войск – генерал-лейтенант танковых войск Я.Н.Федоренко.

Планом предусматривалось разгромить прикрывавшие фланги ударной группировки противника, окружить и уничтожить главные силы под Сталинградом. Наступательными армиями руководили генерал-лейтенант Н.Ф.Ватутин, генерал-лейтенант К.К.Рокосовский, генерал-полковник А.И.Ерёменко. Всего было сосредоточено 1103 тысячи человек, 15500 орудий и миномётов, 1463 танка и САУ, 1350 боевых самолётов.

Контрнаступление началось 19 ноября. К исходу дня войска Юго-Западного фронта продвинулись на 25–30 километров. Танковые и механизированные корпуса двигались навстречу друг другу в направлении Калач и Советский. Одновременно завершилось окружение в юго-западном и южном направлении. 23 ноября соединения в районе Калач и Советский завершили окружение двадцати двух дивизий и свыше 160 отдельных частей. В этот день капитулировала Распопинская группировка противника. В то же время был образован пятисоткилометровый внешний фронт окружения.

12-го декабря немецкие войска предприняли попытку вызволить их из окружения, но она провалилась, войска были отброшены на 150–200 километров. Попытки фашистов снабжать окружённых с помощью авиации тоже не удались, при этом было уничтожено свыше 700 вражеских самолётов. К началу января 1943 года окружённых осталось до 250 тысяч человек. У них было 300 танков, 4130 орудий и миномётов, 100 боевых самолётов. Им была предложена капитуляция, но они отказались.