Еще в конце сентября 1942 г. советское командование начало подготовку к переходу в контрнаступление в районе Сталинграда. В принципе, идею мощного флангового контрнаступления Красной армии подсказывала сама конфигурация этого участка советско-германского фронта. План операции, получившей кодовое название «Уран», разработанный Г. Жуковым и А. Василевским, предусматривал нанесение ударов с севера и юга по сходящимся направлениям на Калач с одновременным выделением войск для создания внутреннего и внешнего фронтов окружения.
В сентябре—октябре 1942 г. советские войска, действующие в районе Сталинграда, были реорганизованы. Сталинградский фронт был переименован в Донской. Командование новым фронтом принял генерал-лейтенант К. Рокоссовский. Юго-Восточный фронт в свою очередь был переименован в Сталинградский (командующий — генерал-полковник А. Еременко). Командующим вновь создаваемого Юго-Западного фронта был назначен генерал-лейтенант Н. Ватутин.
Главная ударная сила Юго-Западного фронта в момент проведения операции состояла из 21-й, 5-й танковой армий и части 1-й гвардейской армии. Эти силы должны были прорвать оборону 3-й румынской армии и, стремительно развив наступление, выйти к Дону в районе Калача (Калач-на-Дону). В результате этого удара войска фронта должны были выйти в тыл армии Паулюса и отрезать ей пути отхода на запад.
Ударная группировка Сталинградского фронта, состоящая из войск 51-й, 57-й и 64-й армий, должна была прорвать оборону противника и, развивая удар в северо-западном направлении, выйти в район Калача, где и соединиться с войсками Юго-Западного фронта, завершив окружение врага в районе Сталинграда.
Донской фронт должен был нанести два вспомогательных удара. Один одновременно с Юго-Западным фронтом из района восточнее Клетской на юго-восток силами 65-й армии, второй — силами 24-й армии из района Качалинской вдоль левого берега Дона на юг в общем направлении на Вертячий с целью отсечения войск противника, расположенных в малой излучине Дона, от его группировки в районе Сталинграда. При этом 66-я армия своими активными действиями севернее Сталинграда должна была прочно сковать противника и лишить его возможности маневрировать резервами.
В начале ноября 1942 г. советское командование сосредоточило в районе Сталинграда более 1,1 млн человек, 15,5 тыс. орудий и минометов, до 1,5 тыс. танков, более 1,3 тыс. самолетов. Группа армий «Б» (6-я, 4-я танковая немецкие, 3-я, 4-я румынские армии) к этому времени содержала более 1 млн человек, около 10 тыс. орудий и минометов, до 700 танков, около 1,2 тыс. самолетов.
В половине восьмого утра 19 ноября войска Юго-Западного фронта силами 5-й танковой армии и 21-й армии начали наступление. В первый же день эти силы мощным ударом прорвали оборону 3-й румынской армии. Противник не выдержал удара и начал в панике отступать, при этом значительная часть румынских солдат оказалась в окружении. К 24 ноября войска 21-й и 5-й армий Юго-Западного фронта, полностью разгромив окруженные группировки румынских войск, взяли в плен более 30 тыс. солдат, офицеров, генералов и большое количество боевой техники.
20 ноября в операцию включились войска Сталинградского фронта. В наступлении участвовали 51-я, 57-я и 64-я армии фронта. Войскам 51-й армии удалось прорвать, а затем и полностью уничтожить оборону румынских и немецких войск в районе Плодовитое и выйти к реке Аксай. 57-я армия имела основную задачу прорваться к Калачу и соединиться там с войсками Юго-Западного фронта. 64-я армия своими действиями должна была обеспечить успешное наступление правого фланга 57-й армии.
В эти дни офицеры, окружающие А. Гитлера, советовали ему разрешить 6-й армии отойти из Сталинграда к излучине Дона, где можно было занять прочную оборону. В ответ фюрер заявил, что его войска, вышедшие к Волге, не оставят своих позиций.
Как и во время битвы под Москвой, гитлеровское командование не учло особые погодные условия на территории Советского Союза. Немецкие полководцы нагнали под Сталинград массу техники и войск, однако вновь, как и во время битвы за советскую столицу, не удосужились одеть своих солдат потеплее. Придет время, и недостаток теплой одежды у германских солдат в Сталинграде приведет к катастрофе.
23 ноября в 16 часов в районе Калача, у хутора Советский, воины 36-й механизированной бригады подполковника М. Родионова из 4-го механизированного корпуса Сталинградского фронта встретились с передовыми отрядами 45-й танковой бригады подполковника П. Жидкова из 4-го танкового корпуса Юго-Западного фронта. Таким образом кольцо окружения сталинградской группировки немцев замкнулось. В «котле» оказалась 6-я армия Паулюса и отдельные части 4-й танковой армии общей численностью около 330 тыс. человек.
Тем временем 57-я, 62-я, 64-я армии Сталинградского фронта, 24-я, 65-я, 66-я армии Донского фронта и 21-я армия Юго-Западного фронта получили приказ развивать наступление, сжимая клещами внутреннее кольцо окружения противника. 1-я гвардейская армия, 5-я танковая армия Юго-Западного фронта и 51-я армия Сталинградского фронта, усиленные свежими танковыми соединениями, преследуя отходящего противника, должны были создать прочный внешний фронт. Окончательную ликвидацию войск Паулюса поручили частям Донского фронта, который усилили 57-й, 64-й и 62-й армиями Сталинградского фронта.
В течение декабря 1942 г. советские войска отразили попытку немецкого командования деблокировать сталинградскую группировку с помощью частей армейской группы «Гот» (4-я немецкая танковая и 4-я румынская армии под командованием генерал-полковника Гота) и практически полностью сорвали снабжение окруженных войск по воздуху самолетами 4-го воздушного флота люфтваффе. В среднем авиация в сутки доставляла не более 100 т грузов, что покрывало потребности 6-й армии всего на одну пятую часть. Голод, холод и болезни начали царить в рядах солдат Паулюса.
8 января 1943 г. советское командование во избежание напрасного кровопролития предъявило генерал-полковнику Паулюсу ультиматум с предложением прекратить бессмысленное сопротивление и капитулировать. 9 января по приказу А. Гитлера ультиматум был отклонен.
Во время прорыва вражеской обороны под Сталинградом огромную помощь наступающим советским войскам оказали боевые машины реактивной (ракетной) артиллерии. Красная армия первой в мире приняла на вооружение ракетную артиллерию. Легендарные советские «Катюши» стреляют ракетами, поэтому и относятся к такому виду вооружения. Боевые машины ракетной артиллерии оснащаются целым блоком из нескольких десятков направляющих для запуска ракет. Причем ракеты запускаются не по очереди, а вместе, то есть залпом, поэтому такие установки называют реактивными системами залпового огня (РСЗО).
Во время Сталинградской битвы особенно отличился снайпер 62-й армии Сталинградского фронта В. Зайцев. Только за период с 10 ноября по 17 декабря 1942 г. он уничтожил 225 солдат и офицеров германской армии и ее союзников, включая 11 снайперов. Как отзывались об этом легендарном воине его коллеги, в Зайцеве сочетались все качества, присущие снайперу, — острота зрения, чуткий слух, выдержка, хладнокровие, выносливость и военная хитрость. Последнее качество ему очень пригодилось во время поединка с немецким «суперснайпером», штандартенфюрером СС X. Торвальдом, присланным в Сталинград со специальным заданием уничтожить Зайцева.
В 8 часов 5 минут 10 января войска Донского фронта перешли в наступление. Началась заключительная операция Сталинградской битвы, получившая название «Кольцо». 13 января главная ударная группировка фронта вышла к реке Россошка. Попытка немецкого командования задержать дальнейшее продвижение советских войск на своем втором оборонительном рубеже успеха не имела.
К 15 января войска Донского фронта продвинулись от 10 до 22 км и достигли внутреннего оборонительного обвода. Он представлял собой очень мощные укрепления, состоящие из большого количества дзотов, бронеколпаков и врытых в землю танков. Вся местность на подступах к ним была опутана колючей проволокой и хорошо заминирована.
17 января советские войска выдвинулись на линию Большая Россошка—Гопчира, где встретили упорное сопротивление немцев, защищавших позиции внутреннего оборонительного обвода. Атака этого рубежа продолжалась четыре дня, затем наступило временное затишье. Армии обеих сторон были измотаны до предела. 20 января Паулюс в очередной раз просил у Гитлера разрешение на капитуляцию, но как и прежде получил отрицательный ответ.
22 января наступление советских войск возобновилось. Немцы с фантастическим упорством удерживали укрепления внутреннего обвода. Только после сокрушительных ударов советской артиллерии и авиации его оборона была прорвана.
К 24 января 1943 г. окруженная группировка немцев потеряла свой последний аэродром. Самолеты, доставлявшие продовольствие и медикаменты для больных и раненых и эвакуировавшие к этому дню около 29 тыс. тяжелораненых, больше не приземлялись. В этот же день на немецкие позиции прибыли представители советского командования с новыми предложениями о капитуляции. Колеблясь между чувством долга, требовавшим повиноваться фюреру, и стремлением спасти своих солдат от неизбежного уничтожения, фельдмаршал Паулюс вновь радировал командованию вермахта: «Дальнейшая оборона бессмысленна. Катастрофа неизбежна. Для спасения еще оставшихся в живых прошу дать разрешение на капитуляцию». Гитлер ответил: «Запрещаю капитуляцию! Армия должна удерживать свои позиции до последнего человека и до последнего патрона…»
26 января войска 21-й и 62-й советских армий соединились в районе Мамаева кургана и поселка Красный Октябрь, расчленив тем самым окруженную группировку армии Паулюса на две части. Южная часть оказалась зажатой в центральной части города, а северная — в районе Тракторного завода и завода «Баррикады». Боеспособность вражеских войск к этому времени резко снизилась. Началась массовая сдача в плен немецких солдат и офицеров.
31 января прекратила сопротивление южная группа войск во главе с Ф. Паулюсом, который получил к этому времени звание генерал-фельдмаршала. В северной части Сталинградского котла, на развалинах тракторного завода, небольшая группа немцев из остатков двух танковых и четырех пехотных дивизий продолжала оказывать сопротивление. 2 февраля после мощной артиллерийской подготовки над немецкими позициями затрепетали белые флаги.
При ликвидации «котла» войсками Донского фронта было взято в плен свыше 91 тыс. солдат и офицеров, среди которых оказались 24 генерала во главе с фельдмаршалом. Общие потери немецкой армии в Сталинградской битве за время наступления советских войск с 19 ноября 1942 г. по 2 февраля 1943 г. составили свыше 800 тыс. человек, около 2 тыс. танков и штурмовых орудий, более 10 тыс. орудий и минометов, до 3 тыс. боевых и транспортных самолетов. Общие потери немецких войск в районе Дона, Волги, Сталинграда составили около 1,5 млн человек, до 3,5 тыс. танков и штурмовых орудий, 12 тыс. орудий и минометов, более 3 тыс. самолетов и большое количество другой техники. Их румынские союзники потеряли 3-ю и 4-ю армии, итальянцы — 8-ю армию.
В честь героев Сталинграда, воинов, полководцев и простых граждан, знаменитых и неизвестных был воздвигнут величественный мемориал «Героям Сталинградской битвы». Его центральной композицией является величественная скульптура «Родина-мать зовет!» Это высочайшая статуя России и Европы и одна из самых высоких в мире. Скульптура представляет собой фигуру женщины с поднятым мечом — образ Родины, зовущей своих сыновей на битву с врагом. Второй по значимости элемент мемориала — фигура бойца с автоматом и гранатой — композиция «Стоять насмерть!». Кстати, лицо этого воина создавалось по портрету командующего легендарной 62-й армией В. Чуйкова.
Для советских войск битва под Сталинградом принесла огромные военно-политические результаты. Она предопределила начало коренного перелома в вооруженной борьбе не только на советско-германском фронте, но и на других театрах Второй мировой войны. Красная армия, захватив после Сталинградской битвы стратегическую инициативу, не упускала ее уже до конца войны. С точки зрения дипломатов Сталинград является существенным подтверждением того, что на Восточном фронте грядут значительные перемены. В глазах всего мира СССР стал могущественным и равноправным партнером за столом переговоров, а Сталин равноправным собеседником Рузвельта и Черчилля во время Тегеранской конференции 1943 г.