Советская Ставка ещё с сентября начала готовить контрнаступление с целью окружения 6-й немецкой армии в Сталинграде. 12 сентября 1942 года генштаб Красной Армии приступил к разработке плана наступательной операции. Успешной она могла быть при условии удержания своих позиций защитниками города Сталинграда.  Сталин рассчитывал на юге разгромить все действующие там армии Германии, не дать им уйти с Кавказа и из междуречья Дона и Волги, а затем освободить Левобережную Украину. На центральном же участке фронта предполагалось ликвидировать Ржевско-Вяземский плацдарм, а затем нанести удар по направлению к Балтийскому побережью, отрезав находившуюся под Ленинградом группу армий «Север». Координировал действия Донского, Сталинградского и Юго-Западного фронтов начальник Генштаба Василевский. Он же вместе с Жуковым был автором контрнаступления.

Сталинградская операция состояла из двух основных этапов: на первом предполагалось прорвать оборону противника, создать прочное внешнее кольцо окружения; на втором – уничтожить противника, если не примет ультиматума о сдаче. Эти задачи осуществлялись силами Юго-Западного (генерал Н.Ф.Ватутин), Донского (генерал К.К.Рокоссовский) и Сталинградского (генерал А.И.Еременко) фронтов.

 Под Сталинградом для проведения операции «Уран» было сосредоточено 1,1 млн. чел, 15,5 тыс. орудий, 1,5 тыс. танков и 1,3 тыс. самолетов.

Наступление началось 19 ноября, а уже 23-го армия Паулюса и большая часть соединений 4-й танковой армии Гота оказались в котле. Советские войска атаковали прикрывавшие фланги сталинградской группировки дивизии румынской 3-й армии, которые очень скоро обратились в бегство. Германское командование знало о готовящемся советском наступлении к северу и к югу от Сталинграда, но недооценило его масштаба и мощи. 1 декабря 1942 года начштаба 6-й армии генерал Артур Шмидт, загодя предупреждавший о грядущем советском наступлении, признал: «Все мы не разглядели опасности во весь её рост… и в очередной раз недооценили русских». Сил же для отражения советских атак не было ни у 6-й армии, ни в распоряжении группы армий «Б».

Попытка деблокады, предпринятая 12 декабря фельдмаршалом Манштейном, возглавившим группу армий «Дон» (старое «Б»), провалилось из-за недостатка войск и, главным образом, из-за мощного советского наступления на среднем Дону (операция «Сатурн»), в ходе которого были разбиты 8-я итальянская, 4-я румынская и 2-я венгерская армии. Наступление советских войск было настолько стремительным, что немцы сдавались без сопротивления, будучи деморализованными. За пять дней наступления с 19 по 24 декабря 24-й танковый корпус генерал-майора В.М.Баданова продвинулся на 240 километров и овладел станцией Тацинская, захватив огромное количество самолетов и другой военной техники и перерезав важнейшую ж/д Сталинград - Лихая.

Но советское командование, опасаясь, что Манштейн соединится с окруженными, бросило против него 2-ю гвардейскую армию Малиновского, которая успела занять позиции у реки Мышковка – последний естественный рубеж и остановить немцев (эти события нашли отражение в произведении Ю.Бондарева «Горячий снег»). Бои проходили с 19 по 23 декабря немцам оставалось пройти до окруженных войск не более 40-50 километров. 24 декабря части 2-й армии Малиновского перешли в наступление, а 29 декабря взяли Котельниково. Только убитыми и ранеными немцы потеряли 16 тысяч человек. В результате Котельниковской операции расстояние, отделявшее окруженные войска под Сталинградом от линии внешнего фронта, увеличилось до 100-150 километров.

8 января 1943 года окруженным в Сталинграде немцам предпринимается попытка вручить ультиматум о капитуляции (неудачно). 9 января попытка успешна, но немцы отклоняют требования советского командования.

10 января 1943г. советские войска приступили к ликвидации окруженной под Сталинградом группировки немцев. 26 января советские войска расчленили окруженные части надвое. За 16 дней боев немцы потеряли 100 тысяч человек. Все попытки Паулюса получить свободу действий отклонялись Гитлером. 31 января Паулюсу присваивается чин фельдмаршала. И в этот же день новоиспеченный фельдмаршал капитулирует, вместе с одной из окруженных группировок. 2 февраля сдаются последние части немцев под Сталинградом.

31января – 2 февраля 1943 года армия Паулюса капитулировала. В плен попало около 90 тыс.ч. общие же потери немцев при окружении составили до 300 тыс.ч.  За 200 дней Сталинградской битвы Германия потеряла убитыми и пленными – 1,5 млн.ч.