К концу оборонительного периода Сталинградской битвы 62-я армия удерживала район севернее Тракторного завода, завод «Баррикады» и северо-восточные кварталы центра города, 64-я армия обороняла подступы к его южной части. Общее наступление немецких войск было остановлено. 10 ноября они перешли к обороне на всем южном крыле советско-германского фронта за исключением участков в районах Сталинграда, Нальчика и Туапсе.

Немецкое командование считало, что после многомесячных тяжелых боев Красная армия не в состоянии провести крупное наступление и поэтому не позаботилось о прикрытии флангов. С другой стороны фланги-то прикрывать им было и нечем. потери, понесённые в предыдущих боях, вынудили использовать на флангах войска горе-союзников.

Ставка Верховного Главнокомандования и Генеральный штаб ещё с сентября приступили к разработке плана контрнаступления. 13 ноября план стратегического контрнаступления под кодовым названием «Уран» был утвержден Ставкой под председательством И. В. Сталина.

Юго-Западный фронт (командующий Н. Ф. Ватутин; 1-я гв. А, 5-я ТА, 21-я А, 2-я воздушная и 17-я воздушная армии) имел задачу нанести глубокие удары с плацдармов на правом берегу Дона из районов Серафимовича и Клетской (глубина наступления ок. 120 км.); ударная группировка Сталинградского фронта (64-я А, 57-я А, 51-я А, 8-я воздушная армия) наступала из района Сарпинских озёр на глубину 100 км. Ударные группировки обоих фронтов должны были встретиться в районе Калач-Советский и окружить основные силы противника под Сталинградом. Одновременно частью сил эти же фронты обеспечивали создание внешнего фронта окружения. Донской фронт в составе 65-й, 24-й, 66-й, 16 воздушной армий наносил два вспомогательных удара — один из района Клетской на юго-восток, а другой из района Качалинского вдоль левого берега Дона на юг. Планом предусматривалось: главные удары направить против наиболее уязвимых участков обороны противника, во фланг и тыл его наиболее боеспособным соединениям; ударным группировкам использовать местность, выгодную для наступающих; при в целом равном соотношении сил на участках прорыва за счёт ослабления второстепенных участков создать 2,8 — 3,2 — кратное превосходство в силах. За счёт глубочайшей секретности разработки плана и достигнутой огромной скрытности сосредоточения сил была обеспечена стратегическая внезапность наступления.

Наступление войск Юго-Западного и правого крыла Донского фронтов началось утром 19 ноября после мощной артподготовки. Войска 5-й танковой армий прорвали оборону 3-й румынской армии. Немецкие войска сильной контратакой попытались остановить советские войска, но были разгромлены введёнными в сражение 1-м и 26-м танковыми корпусами, передовые части которых вышли в оперативную глубину, продвигаясь в район Калача. 20 ноября в наступление перешла ударная группировка Сталинградского фронта. Утром 23 ноября передовые части 26-го танкового корпуса овладели Калачом. 23 ноября войска 4-го танкового корпуса Юго-Западного фронта и 4-го механизированного корпуса Сталинградского фронта встретились в районе хутора Советский, замкнув кольцо окружения сталинградской группировки противника в междуречье Волги и Дона. В окружении оказались 6-я и основные силы 4-й танковой армий — 22 дивизии и 160 отдельных частей общей численностью 330 тыс. человек. К этому же времени была создана большая часть внешнего фронта окружения, удаление которого от внутреннего составило 40-100 км.

24 ноября войска Юго-Западного фронта, разгромив румынские части, окруженные в районе станицы Распопинской, взяли 30 тысяч пленных и много техники. 24 — 30 ноября войска Сталинградского и Донского фронтов, ведя ожесточённые бои с окруженными войсками врага, сократили занимаемую им площадь вдвое, зажав его на территории 70-80 км с запада на восток и 30-40 км с севера на юг.
В первой половине декабря действия этих фронтов по ликвидации окруженного врага развивались медленно, так как вследствие сокращения фронта в котле он уплотнил свои боевые порядки и организовал оборону на оборудованных позициях, занимаемых Красной армией летом 1942 года. Существенную роль в замедлении наступления сыграла крупная (более чем трёхкратная) недооценка численности окружаемых немецких войск.
24 ноября Гитлер, отклонив предложение командующего 6-й армией Паулюса прорываться в юго-восточном направлении, приказал удерживать Сталинград в ожидании помощи извне. Немецкие войска, действовавшие против внешнего фронта окружения, в конце ноября были объединены в группу армий «Дон» (командующий генерал — фельдмаршал Эрих фон Манштейн), в которую входила и окруженная группировка.

Трофейные реактивные миномёты