希特勒军事当局错误地认为，苏军经过在苏联南部、斯大林格勒和北高加索地域的艰苦交战后，已无力在这些地域实施大规模进攻。实际上情况远远不是这样。苏军正在积极准备对德军实施大规模进攻。
3.转入反攻
11月12日，斯大林格勒方面军各部队的计划工作完成后，朱可夫和华西列夫斯基给斯大林打电话说，他们需要亲自向他汇报有关当前战役的意见。11月13日晨，他们到了斯大林那里。斯大林情绪很好。他详细询问了在准备反攻过程中斯大林格勒附近的情况。
朱可夫和华西列夫斯基汇报的基本情况如下：
关于双方兵力在数量、质量方面的对比，在苏军主要突击地段即西南方面军和斯大林格勒方面军突击地段上，仍然主要由罗马尼亚军队防守，其战斗力不强。如果在苏军转入进攻前，德军统帅部不往这些方向调集预备队，那么在这里苏军在数量上将占很大的优势。到目前为止，苏军侦察尚未发现敌人有任何调动。保卢斯的第6集团军和坦克第4集团军的主力正被斯大林格勒方面军和顿河方面军的部队牵制在斯大林格勒地域。
苏军各部队按计划规定已在指定的地域集中，看来，敌方尚未发现苏军变更部署的情况。苏军采取了更加隐蔽的措施调动兵力兵器。苏军各方面军、集团军和兵团的任务都经过研练。诸兵种协同动作，直接进行了协调。计划规定的西南方面军和斯大林格勒方面军突击集团的会合问题，已经与方面军、集团军和将要进入苏维埃农庄、卡拉奇地域的部队的司令员和司令部进行了周密研究。各空军集团军在11月15日前显然不可能完成准备工作、至于建立对敌斯大林格勒集团合围的对内正面和建立保障消灭被围敌人所需的对外正面的各种方案，可以说已经准备就绪。弹药、燃料和冬季的前送工作。虽耽搁了一些时间，但有足够的根据认为，至11月16～17日日终前，各种物资器材均可送至部队。反攻发起时间，西南方面军和顿河方面军可在11月19日，斯大林格勒方面军则晚一昼夜。
斯大林十分认真地听取了汇报。他不慌不忙地抽着烟斗，持着胡须，而且一次也没有打断朱可夫和华西列夫斯基的汇报。显然，斯大林对汇报颇为满意。他十分清楚，实施如此巨大的战役意味着战略主动权从德军手中再次转入苏军手中。
在汇报过程中，苏联国防委员会的委员和苏军中央政治局的一些委员来到斯大林办公室时，朱可夫和华西列夫斯基则不得不把汇报过的内容再简明扼要地重新汇报一遍。
对反攻计划进行了简短的讨论后，斯大林全面批准了该计划。
朱可夫和华西列夫斯基提请斯大林注意，德军统帅部在斯大林格勒和北高加索地域一旦出现严重的局面，将会被迫从其他地域尤其是维亚济马地域抽调部队来支援其“南方”集团。为了不致发生这种情况，必须迅速在维亚济马以北地域准备和实施进攻战役，而且首先应粉碎勒热夫突出部地域的德军。他们建议由加里宁方面军和西方面军部队参加这个战役。
斯大林说：“那很好！但是他们哪位负责这件事呢？”
“斯大林格勒战役在各方面均已准备就绪。华西列夫斯基可负责协调斯大林格勒地域的部队行动，我可以负责准备加里宁方面军和西方面军的进攻。”朱可夫回答说。实际上，朱可夫和华西列夫斯基事先已商量好了。
“好吧！明早你们就飞往斯大林格勒，再次检查一下部队和指挥人员的战役前准备情况。”斯大林说道。
11月14日，朱可夫到了瓦图京部队中，华西列夫斯基到了叶廖缅科处。翌日，朱可夫收到了斯大林的如下电报：
康斯坦丁诺夫同志亲收：
费多马夫和伊万诺夫移动的日期由你酌定，以后来莫斯科时向我汇报。如果你认为他们当中的某人应先一两天或后一两天移动，那我赋予你酌定的权限。
瓦西里耶夫
1942年11月15日13时10分
朱可夫接电话后，立即与华西列夫斯基商定了转入进攻的时间：西南方面军和顿河方面军的第65集团军为11月19日，斯大林格勒方面军为11月20日。斯大林批准了这一决定。
从11月19日开始，苏军第65集团军率先开始了反攻，猛烈的炮火一时间使罗马尼亚集团军惊慌失措。苏军的坦克很快的全速通过了阵地，并突入村内。20日斯大林格勒方面军也开始了猛烈的炮击……
11月23日16时，西南方面军和斯大林格勒方面军的坦克部队进入苏维埃农庄地域，终于封闭了对顿河和伏尔加河之间的敌斯大林格勒集团的包围圈。
第64、57、21、65、24和66集团军得以向斯大林格勒总方向发展进攻。从两侧压缩敌人的内包围圈。获得坦克兵团加强的西南方面军的近卫第1集团军、坦克第5集团军和斯大林格勒方面军的第51集团军等，在追击退却敌人的过程中，接受了任务，将被击溃的敌人部队赶到距被围的敌斯大林格勒集团尽可能远的西部，并建立牢固的对外正面以保障顺利地肃清被围之敌。
11月24日，苏军西南方面军的第21集团军和坦克第5集团军粉碎了被围的罗马尼亚集团后，俘获了包括将军在内的官兵3万余名，以及大量的技术兵器。
苏军反攻的第1阶段，到此即告结束。
11月28日傍晚，斯大林给正在加里宁方面军司令部讨论即将实施的进攻战役的朱可夫打来了电话：
“你是否了解斯大林格勒的最新情况？”
“了解。”朱可夫回答得十分干脆利落。
“好！那就请你考虑并尽快提出有关肃清斯大林格勒附近被围德军的意见。”斯大林命令道。
11月四日晨，胸有成竹的朱可夫向斯大林发了如下电报：
在目前情况下，被合围的德军如无敌人由下奇尔斯卡亚、科捷利尼科沃地域实施的辅助突击，是不会冒险突围的。
德军统帅部显然将竭力固守斯大林格勒、维尔佳奇、马里诺夫卡、卡尔波夫卡、“高山旷地”国营农场地域的阵地，并在最短期间内在下奇尔斯卡亚、科捷利尼科沃地域集结突击集群，在卡尔波夫卡总方向上突破我军防线，从而在我军防线上打开缺口，形成向其被合围部队供应各种补给品的走廊，尔后再利用这条走廊实施突围。在对敌有利的情况下，这条走廊可能在马里诺夫卡、利亚皮切夫、上奇尔斯卡亚地段形成其对北正面。在齐边科、泽特、格尼洛夫斯卡亚、舍巴林一线形成其对东南正面。
为了不让敌下奇尔斯卡亚和科捷利尼科沃集团与斯大林格勒集团会合，并形成走廊，必须：
1.尽快击退敌下奇尔斯卡亚和科捷利尼科沃集团，并在奥布列夫斯卡亚、托尔莫辛、科捷利尼科沃一线建立密集的战斗队形。在下奇尔斯卡亚、科捷利尼科沃地域保持两个坦克集群，每一集群中至少应有100辆坦克作为预备队。
2.将斯大林格勒附近敌被围集团分割为两部分。为此……应在大罗索什卡方向上实施分割突击。同时，在其对面杜比宁斯基、135高地方向上实施突击。在其余地段上则转入防御，只派出独立的支队进攻，以消耗和疲惫敌人。
将被合国的敌人分割为两部分后……应首先消灭较弱的那部分，尔后再集中全力突击斯大林格勒地域的敌军集团。
朱可夫
第02号，1942年11月29日
朱可夫给斯大林发出电报后，又利用高频电话与华西列夫斯基通了话。华西列夫斯基完全同意朱可夫的见解。与此同时，他们还交换了西南方面军当前行动的意见。华西列夫斯基同意暂时放弃“大土星”战役，而使西南方面军向敌托尔莫辛集团翼侧实施突击。苏军总参谋部也是这样的意见。
苏军西南方面军受领了代号为“小土星”的任务：以近卫第1、3集团军和坦克第5集团军的兵力向莫罗佐夫斯克总方向实施突击，以粉碎该地域的敌军集团。西南方面军的突击，由沃罗涅日方面军的第6集团军支援，该集团军在坎捷米罗夫卡总方向上进攻。
德军统帅部急需预备队来改善其部队在斯大林格勒和高加索方向上的危险处境。为了制止德军由“中央”集团军群调动部队，苏军最高统帅部决定在斯大林格勒地域反攻的同时，组织西方面军和加里宁方面军进攻勒热夫突出部的德军。从11月20日至12月8日，进攻的计划和准备工作完全就绪。
12月8日，苏军最高统帅部给西方面军和加里宁方面军下达了如下训令：
加里宁方面军和西方面军应共同努力于1943年1月1日前粉碎勒热夫、瑟切夫卡、奥列尼诺、别雷地域的敌军集团，并在亚雷吉诺、瑟切夫卡、安德列耶夫斯科耶、列宁诺、新阿热沃、坚佳列沃、斯维特一线牢牢地巩固下来。
西方面军在实施战役时应遵照下列事项：
1.12月10～11日，在大克罗波托沃、亚雷吉诺地段突破敌人防御，12月15日前攻占瑟切夫卡、12月20日至少有2个步兵师进入安德列耶夫斯科耶地域，协同加里宁方面军的第41集团军封锁被合围之敌。
2.突破敌人防御并待主力进到铁路线后，方面军快速集群及至少4个步兵师应向北进攻，突击敌勒热夫一切尔托利诺集团的后方。
3.第30集团军应在科什基诺、布尔戈沃东北的交叉路口地域突破敌防御，并于12月15日前进到切尔托利诺地段的铁路线上，进至铁路线后应与方面军快速集群协同，沿铁路线进攻勒热夫，并于12月23日攻占勒热夫。
加里宁方面军在完成受领的任务时应遵照下列事项：
1.第39和第22集团军继续向奥列尼诺总方向发展进攻，以粉碎敌奥列尼诺集团，并于12月16日前进入奥列尼诺地域。
以第22集团军的部分实力在叶戈里耶方向上实施辅助突击，协助第41集团军粉碎敌别雷集团。
2.第41集团军应于12月10日前粉碎突入齐齐诺地域的敌军集团，并恢复奥科利查地域的原态势。
12月20日前，应以部分实力进入莫利尼亚、弗拉基米尔斯科耶、列宁诺地域，协同西方面军部队从南面封锁被合国的敌军集团。
最高统帅部
斯大林
朱可夫
第170700号
由加里宁方面军和西方面军这两个方面军实施的这次战役，对于粉碎勒热夫突出部的敌人，具有重要作用。普尔卡耶夫中将指挥的加里宁方面军执行了任务。在别雷以南进攻的方面军部队，顺利地突破了敌人的防线，向前推进与加里宁方面军部队会合，以便闭合对德军勒热夫集团的合围圈。但是，西方面军未能突破敌人的防御。于是，斯大林命令朱可夫立即前往西方面军司令员科涅夫处。
朱可夫抵达西方面军指挥所后，经过了解情况，认为：继续进行这次战役已不适宜，因为敌人已猜透苏军意图并从其他地段向该地域调来大量兵力。
与此同时，在苏军突破的地域中，加里宁方面军的情况也复杂化了。敌人的猛烈的翼侧突击切断了索洛马京少将指挥的机械化军与主力之间的联系，该军陷入合围。苏军最高统帅部不得不从其预备队中抽调一个步兵军协助该机械化军实施突围。该机械化军在极其困难的条件下奋战了3个多昼夜。第4天夜间，赶来援救的西伯利亚人突破了敌防线，该机械化军的官兵才得以突围，但已精疲力竭，不得不撤往后方休整。
苏军在这里尽管未能达到最高统帅部规定肃清勒热夫突出部之敌的目标，但却以积极的行动使德军统帅部不能从这个地段向斯大林格勒地域调动大量援兵。而且，德军统帅部为了保住勒热夫-维亚济马基地，还被迫从维亚济马、勒热夫地域调来4个坦克师和1个摩托化师。
西方面军进攻何以受挫？最主要的是对所选定的实施主要突击地段的地形的困难条件估计不足。众所周知，若敌防御配置在视界良好、没有防炮火的天然遮蔽地的地形上，则炮兵和迫击炮火力易于破坏这种防御，通常在该处进攻时会获得胜利。倘若敌防御配置在视界不好的地形上，在高地的反斜面上及与防御正面平行的峡谷内还有良好的遮蔽地时，则这种防御很难用炮火加以破坏，也很难突破，尤其在使用坦克受到限制时更是这样。而在西方面军进攻时，恰恰是没有估计到德军配置地点的地形影响，在该处起伏地的反斜面上有良好的遮蔽地。受挫的另一个原因是，保障突破敌人防御所需的坦克、飞机、火炮和迫击炮的数量不足。方面军首长曾力图在进攻过程中弥补这些缺陷，但未能成功。
12月上半月，苏军顿河方面军和斯大林格勒方面军消灭被围敌军的战役，发展极为缓慢。
德军则等待着希特勒亲自答应的支援，他们为固守每一个阵地而顽抗。苏军的进攻由于分出相当大的一部分力量去消灭由科捷利尼科沃地域转入进攻的德军集团，因而未能取得预期的效果。
对于德军来说，在斯大林格勒地域的溃败可能发展成为战略规模的大失败。德军统帅部认为，为了改变总的态势，首先必须稳住德军在斯大林格勒方向上的防线，并在斯大林格勒德军的掩护下由高加索撤出其“A”集团军群。为了实现这一目的，德军组建了新的“顿河”集团军群，其编成内主要是从苏德战场其他地段上抽调的部队，还有部分部队是由法国和德国抽调的。该集团军由被希特勒当局视为“最合适和最能干的司令官”曼施泰因担任司令。希特勒给他赋予的任务是，从斯大林格勒西南向前推进，为第6集团军解围。
为了挽救在斯大林格勒被合围的部队，曼施泰因元帅打算在科捷利尼科沃地域和托尔莫辛地域建立两个突击集群。实际上，这样的计划是注定不能实现的。当时德军极端缺乏预备队。能够拼凑到的部队在漫长的交通线上像蜗牛似地艰难地、缓缓地前进着。而在德军后方的苏军游击队神出鬼没，竭尽全力阻止德军前进。他们置德军的种种防范措施于不顾，置生死于度外，既勇敢，又机智，打翻了数十列运送德军的列车。时间过去了，而指望集中德军以打破封锁和建立新的防线的企图却像肥皂泡似地破灭了。
希特勒预感到德军将在斯大林格勒附近面临灭顶之灾，一再催促曼施泰因不要等部队全部集中完毕即发起进攻，为第6集团军解围。
但是，希特勒对这位新任司令官的要求，简直是无法实现的。曼施泰因竭力向他解释，惟一的成功的机会在于第6集团军从斯大林格勒向西突围，另一方面曼施泰因自己的部队以第4装甲集团军为前锋，向东北进攻，夹击处于这两支德军之间的苏军部队。但是，希特勒仍然不同意从斯大林格勒撤退。