Наступление советских войск (операция «Уран»)
Боевые действия с 19 ноября по 24 декабря 1942 года.
Основная статья: Операция Уран
Начало наступления и контроперации вермахта
19 ноября 1942 года началось наступление Красной Армии в рамках операции «Уран». 23 ноября в районе Калача замкнулось кольцо окружения вокруг 6-й армии вермахта. Выполнить план «Уран» полностью не удалось, так как не удалось расчленить 6-ю армию на две части с самого начала (ударом 24-й армии в междуречье Волги и Дона). Попытки ликвидировать окружённых с ходу в этих условиях также не удались, несмотря на значительное превосходство в силах — сказывалась превосходящая тактическая подготовка немцев. Однако 6-я армия была изолирована и запасы топлива, боеприпасов и продовольствия прогрессивно сокращались, несмотря на попытки снабжения её по воздуху, предпринятые 4-м воздушным флотом под командованием Вольфрама фон Рихтгофена.
Операция «Винтергевиттер»
Котельниковская операция
Новообразованная вермахтом группа армий «Дон» под командованием фельдмаршала Манштейна предприняла попытку прорыва блокады окружённых войск (Операция «Винтергевиттер» (нем. Wintergewitter, Зимняя гроза)). Первоначально её планировалось начать 10 декабря, однако наступательные действия Красной Армии на внешнем фронте окружения вынудили отложить начало операции на 12 декабря. К этой дате немцам удалось представить лишь одно полноценное танковое соединение — 6-ю танковую дивизию вермахта и (из пехотных соединений) остатки разгромленной 4-й румынской армии. Эти части находились в подчинении управления 4-й танковой армии под командованием Г. Гота. В ходе наступления группировка была усилена весьма потрёпанными 11-й и 17-й танковыми дивизиями и тремя авиаполевыми дивизиями.
К 19 декабря фактически прорвавшие оборонительные порядки советских войск части 4-й танковой армии столкнулись с только что переброшенной из резерва Ставки 2-й гвардейской армией под командованием Р. Я. Малиновского, в состав которой входили два стрелковых и один механизированный корпус.
Операция «Малый Сатурн»
По замыслу советского командования, после разгрома 6-й армии, силы, занятые в операции «Уран», разворачивались на запад и наступали по направлению к Ростову-на-Дону в рамках операции «Сатурн». Одновременно с этим южное крыло Воронежского фронта наносило удар по 8-й итальянской армии к северу от Сталинграда и наступало прямо на запад (к Донцу) со вспомогательным ударом на юго-запад (к Ростову-на-Дону), прикрывая северный фланг Юго-Западного фронта в период гипотетического наступления. Однако в связи с неполной реализацией «Урана», «Сатурн» был заменён на «Малый Сатурн». Рывок к Ростову-на-Дону (из-за нехватки семи армий, скованных 6-й армией под Сталинградом) уже не планировался, Воронежский фронт вместе с Юго-Западным и частью сил Сталинградского фронта имели целью отбросить противника на 100—150 км на запад от окружённой 6-й армии и разгромить 8-ю итальянскую армию (Воронежский фронт). Наступление планировалось начать 10 декабря, однако проблемы, связанные с подвозом новых частей, необходимых для операции (имевшиеся на месте были связаны под Сталинградом), привели к тому, что А. М. Василевский санкционировал (с ведома И. В. Сталина) перенос начала операции на 16 декабря. 16—17 декабря фронт немцев на Чире и на позициях 8-й итальянской армии был прорван, советские танковые корпуса устремились в оперативную глубину. Манштейн сообщает, что из итальянских дивизий только одна легкая и одна- две пехотные дивизии оказали сколько-нибудь серьезное сопротивление, штаб 1-го румынского корпуса в панике бежал со своего командного пункта. К исходу 24 декабря советские войска вышли на рубеж Миллерово, Тацинская, Морозовск. За восемь дней боев подвижные войска фронта продвинулись на 100—200 км. Однако в середине 20-х чисел декабря к группе армий «Дон» стали подходить оперативные резервы (четыре немецких танковых дивизии, хорошо укомплектованных), первоначально предназначенные для нанесения удара в ходе операции «Винтергевиттер». К 25 декабря эти резервы нанесли контрудары, в ходе которых отсекли 24 танковый корпус В. М. Баданова, только что ворвавшийся на аэродром в Тацинской (около 300 немецких самолётов при этом было уничтожено на аэродроме и в эшелонах на станции). К 30 декабря корпус из окружения вырвался, дозаправив танки смесью захваченного на аэродроме авиационного бензина с моторным маслом. К концу декабря наступавшие войска Юго- Западного фронта достигли рубежа Новая Калитва, Марковка, Миллерово, Чернышевская. В результате Среднедонской операции были разгромлены основные силы 8-й итальянской армии (за исключением Альпийского корпуса, не попавшего под удар), завершен разгром 3-й румынской армии, нанесен большой урон оперативной группе «Холлидт». 17 дивизий и три бригады фашистского блока оказались уничтоженными или понесли большой урон. В плен было взято 60 000 солдат и офицеров противника. Разгром итальянских и румынских войск создал предпосылки для перехода Красной Армии в наступление на Котельниковском направлении, где войска 2-й гвардейской и 51-й армий к 31 декабря вышли на рубеж Тормосин, Жуковская, Коммисаровский, продвинувшись на 100—150 км завершили разгром 4-й румынской армии и отбросили части вновь сформированной 4-й танковой армии на 200 км от Сталинграда. После этого линия фронта временно стабилизировалась, так как ни советские, ни немецкие войска не имели достаточно сил, чтобы прорвать тактическую зону обороны противника.