苏军将军们制定计划的工作大部分并没有在大本营里进行，他们经常在主攻方向上的各集团军前线指挥部或者前沿哨所里制定，距离前方苏军的据点仅为1000码左右。
苏军将军们高兴地观察到，罗马尼亚军队的防御工事十分脆弱，纵深仅为5至8公里。在那里苏军将军们没有发现德军，也没有发现变换部署的迹象。
即将集结在斯大林格勒与顿河一线的苏军总兵力达150多万人，有13500门火炮或者迫击炮，还有100多个火箭炮连。这150多万大军中，战斗力最强的是4个坦克军、3个机械化军、14个坦克旅和大批独立坦克团。
当时，德国B集团军群虽然也纠集了80个师，近100万人，但两翼仆从国的部队战斗力都很弱。
两翼仆从国的部队包括：掩护德军南翼的罗马尼亚第4集团军，掩护德军北翼的罗马尼亚第3集团军、意大利第8集团军和匈牙利第2集团军。这些仆从国军队装备较差。
因此，总的来说苏军在兵力、大炮和坦克的数量方面都占有优势。比如，在重武器上，苏军占有绝对优势，苏军与德军的大炮比为1.5：l，坦克为2.2：l。对德军来说，最可怕的是，苏军装备着崭新的T-34坦克和1250辆“喀秋莎”火箭炮。
庞大的苏军部队在毫无遮掩的大草原上调动、集结和隐蔽，为了不让德军发现，苏军付出了极大的努力，特别是秋季道路泥泞，运输车的行驶十分艰难。
顿河和伏尔加河河水暴涨，渡过伏尔加河需要4个小时，而以前只需要40分钟。苏军在萨拉托夫与阿斯特拉罕之间建立了50多个渡场。为保密起见，每个渡场只使用几条渡船。苏军的6个空军集团军想尽办法阻止德国空军实施侦察。
所有的集结行动都在夜晚偷偷进行，所有的部队都保持无线电静默。在大反攻发动前，所有部队的无线电通信网仍留在原驻地，结果德军的无线电侦听部队对苏军的军事调动竟毫不知情。
另外，苏军还使用东南铁路与梁赞至乌拉尔的铁路秘密集结部队。这些铁路的运输量长期保持最大限度，到苏军集结的最后阶段，采用了单向行驶的方法。在各条铁路线上，每隔12分钟，放行一列单向运输火车。
1942年11月3日，在第5坦克集团军司令部，朱可夫、瓦杜丁、沃罗诺夫、诺维科夫、戈洛万诺夫、费多连科召见了该方面军师以上各级军官，大家对军事计划进行了讨论。
11月4日，他们召见了顿河方面军师以上各级军官。11月10日，在第57集团军的司令部，他们又召见了斯大林格勒方面军师以上各级军官。
11月11日，斯大林对空军能否支援大反攻作战十分关注。他认为这件事很重要，他建议若空军没有把握完成任务，就推迟发动大反攻的时间。
11月12日，斯大林指示朱可夫：“如果战役的航空兵准备不尽人意，那么，战役将以失败而告终。与德军作战的经验表明，必须夺取制空权，才能获得战役胜利。”
斯大林指出，空军应该完成3个任务：
第一，空军集中在进攻部队进攻的地域内行动，压制德军空军并掩护苏军部队。
第二，不断轰炸德军防御部队，为苏军进攻部队开辟前进的通道。
第三，以不断轰炸和扫射的方式追击撤退的德军，彻底打乱德军并使其无法在最近的防御阵地巩固下来。
11月17日，朱可夫离开了斯大林格勒，赴加里宁方面军与西方面军，指挥它们进攻德军中央集团军群，以牵制中央集团军群向斯大林格勒派遣援兵。华西列夫斯基继续在斯大林格勒，负责协调南方的大反攻。
这一天，华西列夫斯基向斯大林作了每天的例行汇报，斯大林让他必须赶回莫斯科出席11月18日举行的国防会议。对此，华西列夫斯基感到很惊讶。原来第4机械化军军长沃尔斯基写信给斯大林，反映进攻的准备工作尚未做好，进攻肯定会失败。
斯大林与国防委员会希望得到华西列夫斯基的切实保证，华西列夫斯基说不应该仅凭一封信就推迟进攻的时间。斯大林立即打电话给沃尔斯基，安慰了他几句。不久，斯大林立即向华西列夫斯基下达了一项命令，命令他密切关注第4机械化军的动向，并随时向他本人汇报。
11月18日，希特勒仍在做着征服苏联的美梦，他催促第6集团军和第4坦克集团军继续进攻。然而，苏军对德军最致命的打击就要开始了。
11月19日上午7时30分，隆隆的炮声揭开了西南方面军、顿河方面军和斯大林格勒方面军反攻的序幕。苏军以坦克部队为先导，向德国及其仆从国军队发动了强大的反攻。
苏军新装备的1250辆“喀秋莎”火箭炮，一次就可发射1万发重型火箭弹。火箭弹的威力巨大，可摧毁德军的工事。德军官兵对此惊恐不已，斗志大减。
在上午9点前，炮火转向德军防御纵深，苏军步兵在支援的坦克和炮兵的协同下，开始了进攻。
苏军西南方面军在瓦杜丁的指挥下很快突破了罗马尼亚军队的防线，罗马尼亚第3、第5集团军一败涂地。
在苏军空前规模的炮击和空袭下，德军的防线也开始不稳了。几个小时后，情报传到伯希特斯加登，希特勒和一些将领们正在阿尔卑斯山上的别墅里。希特勒说他早已料到苏军会发动进攻，这没有什么了不起。因此，他和将领们继续在山上度假。
陆军总参谋长蔡茨勒打来紧急电话，打断了希特勒的度假生活。蔡茨勒对希特勒说：“几小时以来，占有压倒优势的一支苏军装甲部队，在斯大林格勒北面的顿河草原，全面击溃了罗马尼亚第3集团军。在斯大林格勒的南面，另一支苏军装甲部队正在进攻第6集团军、第4坦克集团军和罗马尼亚第4集团军，我们快顶不住了。”
蔡茨勒接着说：“在斯大林格勒南面的那支苏军竟多达13个集团军，几千辆坦克。苏军显然密谋已久，苏军南北夹击，企图围歼斯大林格勒的德军。”
蔡茨勒对希特勒说：“请元首阁下同意第6集团军从斯大林格勒撤到顿河沿线。”
希特勒说：“我决不同意部队撤离伏尔加！”希特勒的这个错误决定，很快就带来了严重的后果。
苏联顿河方面军的第26军到了彼拉佐夫斯基附近即转向东南与斯大林格勒方面军会合。
苏军第26军采取了一个大胆的行动：凌晨3点，第26军的先头部队开着明亮的车灯，以纵队队形沿着从奥斯特罗夫到卡拉奇的公路，经过德军防御阵地大摇大摆地向渡河处前进。德军误以为是自己的部队，让苏军安然过桥，开到顿河左岸。
苏军第26军趁机占领了卡拉奇附近在顿河上的惟一一座桥梁，然后发出信号弹，通知后继部队进攻。
3天之内，苏军的34个师渡过了顿河。另外，斯大林格勒方面军也于11月20日开始了反攻。
之后，苏军兵分两路，一路向西疾驰，直捣德军的后方，一路直奔德军聚集的卡拉奇，并在11月23日早晨占领了卡拉奇。
1937年6月1日，苏联第301航空工厂成立。该厂由人数较少但技术水平较高的工人和飞机工程师组成了一个拉沃金航空设计局，根据国内的和国外的设计图纸，小批量生产木质结构的飞机。
后来，在拉沃金、戈尔布诺夫和古德科夫的领导下，第301厂转型成功，开始根据自己的设计图生产飞机。
1939年，设计师们设计了高速歼击机——LaGG-3。在首飞中，LaGG-3达到了最高飞行速度 605公里/时。该机为全木质结构，机翼内装有燃油箱，5点式火力配置。到1941年6月22日，苏联空军已经拥有300 多架该型战机。
苏联卫国战争中的空战结果，为拉沃金设计局指明了设计方向：使用功率更大的发动机并改进飞机的气动结构。此时，设计局的领导为拉沃金。
1942年 9 月，拉沃金设计局设计的La-5新型歼击机有力地支援了斯大林格勒保卫战。在库尔斯克空战中，La-5飞机远优于德国的 Me-109 和 Fw-190型飞机。
1944年，La-7型歼击机成为二战中最好的歼击机之一。二战期间，苏联空军先后装备了22000架拉型飞机。当时，苏军每3架歼击机中就有一架为拉型飞机。
这些拉型飞机都是用木头制造的，机身蒙皮为西伯利亚桦木胶合板；机翼为木质两段式结构；活动翼面用金属构架，以布质蒙皮。
LaGG-1的最大速度为600公里/时，装备1门20毫米机炮、两挺 12.7毫米机枪的火力，成为1941年初世界上最好的战机之一。
空战结果表示，该机的爬升表现欠佳，而且难以操控，因此在装备几百架LaGG-1后 LaGG-3问世了。LaGG-3 使用直列式发动机，性能提高很多。在德国入侵苏联的1年内就有4个航空团装备了LaGG-3。
LaGG-3除了机枪（炮）外，还在翼下装备了6枚82毫米火箭弹或者轻型炸弹。LaGG-3拥有一具定速螺旋桨，其尾舵较易平衡，成为受到空军欢迎的机种。
3.没有希望的抵抗
从1942年11月20日拂晓开始，斯大林格勒正南方向的斯大林格勒方面军朝罗马尼亚第4集团军的防线攻去。
苏军对罗马尼亚阵地的轰击越来越猛。苏军在摄氏零下20度的情况下，利用暴风雪发动了进攻。大批的坦克向罗马尼亚人的阵地挺进，步兵紧跟在后面。苏军在数量上到处都占有巨大的优势。
罗马尼亚阵地变得惊慌和混乱，B集团军群收到了一大批相互矛盾的报告，转送到总司令部。这些报告叙述了苏联坦克深入德军后方的情况。
B集团军群出动H装甲军反击实施突破的苏军。蔡茨勒随时用电话向希特勒报告战况，一再向希特勒指出，从斯大林格勒地区撤退势在必行，必须做好撤退准备。希特勒生气了，说我们应该等一等，看看H装甲军能不能解救危机。
陆军最高司令部知道H装甲军不可能使混乱稳定下来，一定会卷入大混战中。如果H装甲军被歼灭，德军就失去了惟一的预备队。德军第6集团军必须撤退，巩固新防线，然后进入突入罗马尼亚阵地的苏军。这样就能建立一条牢固的防线，解除对第6集团军的威胁，把突破的苏军置于困境。
如果不这样做，第6集团军将被分割包围，德军将无法调集力量救援第6集团军。多拖延一天，面对的困难就愈多。
希特勒拒绝了陆军司令部的这个解决办法，并从巴伐利亚赶回东普鲁士的大本营。
希特勒用拳头砰的一声敲了一下桌子，叫嚷道：“我决不离开伏尔加！我决不从伏尔加撤军！”
对这次关键性的谈话，蔡茨勒、总参谋部、B集团军群和第6集团军曾抱有很大的希望，而结果是可悲的。作为总参谋长蔡茨勒则继续恳求，可是希特勒仍不肯改变主意，也可能撤退为时已晚。
当希特勒得知H装甲军反攻失败后，简直是怒不可遏。他冲着负责军内纪律制裁的凯特尔嚷道：“马上把军长调回来，撕掉他的肩章，把他关到监狱里。这完全是他的过失。”H装甲军军长在监狱里关了几个月后，降级为二等兵。
斯大林格勒方面军突破了罗马尼亚第4集团军的防线后继续北上。在11月23日傍晚与卡拉奇的西南方面军会师，从而把斯大林格勒地区的德军22个师（约30万人）合围起来。
11月23日晚上，德军第6集团军司令保卢斯向希特勒发出一份无线电报，证实了他的部队已经被苏军包围。
据以往的经验，德军会奉命死守阵地。但他们死守不了多长时间，斯大林格勒迟早会回到苏军的手中。因此朱可夫的战略意图是，不消灭被包围的德军第6集团军，而是阻挡外援。最好的方法是把战线尽量向西推，在尽可能短的时间内使德军第6集团军和德军主力军之间的距离尽量拉大。
这个决定是正确的，朱可夫正在把这个计划付诸实施。
此时，B集团军群遭到了猛烈的攻击，被迫向西撤退。为了扩大胜利，朱可夫指挥苏军在12月下半月攻打了意大利部队，1月攻打匈牙利部队。苏军穷追不舍，向西越插越深。
这个计划都是德军总参谋长蔡茨勒与希特勒长谈时所预言过的。苏联发动钳形攻势的两支部队会师后，希特勒下令：“现命令被包围在斯大林格勒的第6集团军为斯大林格勒堡垒部队。”
就这样，被包围的部队竟然变成了堡垒，这一变换欺骗了部分德国人民。希特勒以为使用“堡垒”这个字眼就会使苏联人受骗，使在斯大林格勒的德军相信他们是在堡垒之中，顶得住长期的围攻，促使他们坚守下去。希特勒愚蠢地认为，全世界会相信德军没有受到包围。
希特勒对这个发明很高兴，变得笑容满面起来。蔡茨勒无奈地说：“古代的堡垒经过长期的准备。碉堡里贮藏大量的武器和食物。斯大林格勒没有工事，也没有武器和食物。另外，堡垒的目的是为了用少量的兵力拖住敌人大量的兵力。而第6集团军则无法拖住苏军，因为苏军围而不打。”
希特勒立即回电，指示保卢斯把司令部迁入斯大林格勒城内，死守待援，由空运解决部队的给养问题。
但是，希特勒的话等于白说。每天空运物资需要750吨。在这种风雪交加的天气中，苏联战斗机已经牢牢掌握制空权的情况下，德国空军想完成这个任务是根本不可能的。何况，德军空军缺少足够的运输机。因此，更为有效的办法应是替德国第6集团军解围。
德军第6集团军的多数官兵都参加过波兰战役、法国战役、巴尔干战役和侵苏战役。第6集团军总共有27万人，编成了13个德国师，其中有3个是装甲师。整个集团军有500辆坦克和3000门大炮，以及几万辆大卡车。协同他们作战的还有空军第4航空队的1200架飞机。
这支部队如果沿着一条4车道的公路行军，将会形成一条数十公里的长龙。从6月到8月，这支部队与苏军大战了数十次，冲破了几十万苏军的抵抗，冲过顿涅茨河、顿河，直抵伏尔加河。在2个多月的时间里，保卢斯率第6集团军跃进了800公里，从北面、南面和西面包围了斯大林格勒。斯大林知道此战关系全局的得失，下令苏军节节抵抗，以阻滞保卢斯的进军速度，同时消耗德军实力。
保卢斯率部到达斯大林格勒城下时，一度大喜过望，认为斯大林格勒已经是囊中之物了，准备一鼓拿下。但是，苏军的抵抗更加顽强了，一个师被打败，立刻又一个师补上来。战斗由先前的运动战变成了阵前的肉搏战。
保卢斯费了九牛二虎之力，才夺下了城区的四分之三，而自身元气大伤，减员十分严重。平均起来，德军每个师减员三分之二以上。
与此相反，苏军却源源不断地运来新的精锐部队。包围圈约有40公里宽，约27公里深，是一片平原，几乎看不见一棵树。包围圈内有几个村庄和斯大林格勒部分城区，这部分城区仍有苏军在抵抗。被包围的德军必须在风雪交加的极端困难的条件下构筑工事，但却没有修工事的原料。