此外，伏尔加河开始结冰，导致苏联不能再通过船，运送补给品给城中守军。
尽管如此，马马耶夫高地附近的战斗和北部城区的工厂地带的战斗，依然非常激烈……
1942年11月11日，德军以5个步兵师、2个装甲师和2个工兵营，在宽5公里的正面上，发起强攻。战斗队形高度密集。
一天之内，苏德两军为争夺每寸土地、每一座房屋，都进行了异常激烈的战斗，双方伤亡惨重。
德军虽然在街垒工厂以南冲到达了伏尔加河岸，但部队已疲惫不堪，其攻势已成强弩之末，保卢斯被迫于次日，停止了进攻，修整部队。
苏联红军的损失同样严重，第62集团军的两个师损失了75%的兵员。
从1942年7月到1942年11月的战斗中，德军在顿河、伏尔加河和斯大林格勒的战斗中损失约70万人，1000余辆坦克，2000多门火炮，1400余架飞机……
苏联红军苏最高统帅部自9月底开始准备大反攻，负责斯大林格勒地区总体战略的朱可夫，开始向斯大林格勒秘密大规模集结兵力。
至1942年11月中旬，在斯大林格勒地域城外的南北两侧的苏联红军，计3个方面军10个诸兵种合成集团军，1个坦克集团军，4个空军集团军和若干个独立军、坦克军和旅，共143个师110.6万人，15500门火炮和迫击炮，1463辆坦克和强击火炮，1350架飞机。
当面的德军B集团军群共有80个师又3个旅，约100万人，10290门火炮，675辆坦克，1216架飞机。
朱可夫的策略是将德军，继续牵制在城内，然后通过打击德军虚弱的外侧，来将德军包围在斯大林格勒市区。
1942年11月13日，斯大林批准了朱可夫和华西列夫斯基拟制的反攻计划，并亲自给这个计划取代号为“天王星行动”。
这与针对德军中央军群的“火星行动”相呼应。
1942年11月19日，苏联红军开始实施天王星行动。图瓦京的西南方面军和罗科索夫斯基的顿河的方面军，在纷飞的大雪中发起了反攻，瓦杜丁中将指挥的主攻部队，包括整整3个集团军（近卫第1集团军，第5坦克集团军和第21集团军），一共由18个步兵师，8个坦克旅，2个摩托旅，6个骑兵师和1个反坦克旅组成，并得到空军第2，第17集团军支援。
负责防卫德军第6集团军侧翼安全的罗马尼亚第3集团军，由于在数量上处于绝对劣势，并且缺乏精良装备，仅仅在战斗发起一天之内，罗马利亚第3集团军的阵地，便被苏联红军突破。
与此同时，两个辅助突击，以第65集团军从克列茨卡亚以东地区向东南突击，以第24集团军从卡恰林斯卡亚地区，沿顿河左岸向韦尔佳奇方向向南突击，割裂顿河小弯曲部德军与斯大林格勒德军的联系。
德国第66集团军在斯大林格勒以北地区原地防御……
1942年11月20日，叶廖缅科的斯大林格勒方面军第51、57、64集团军也在南部转入反攻，突破了防卫该地区的罗马利亚第4集团军的防线，主要由骑兵组成的罗马尼亚人迅速被歼灭。
此后，苏联红军迅速向北直趋卡拉奇。
1942年11月22日，西南方面军开始分批渡过顿河。
1942年11月23日，西南方面军和斯大林格勒方面军在卡拉奇会师，从而完成了对斯大林格勒的包围。
至1942年11月30日，苏联红军3个方面军将德第6集团军的5个军22个师，罗马尼