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团军和若干个独立军、坦克军和旅，共.6万人，155oo门火炮和迫击炮，1463辆坦克和强击火炮，135o架飞机。
当面的德军B集团军群共有8o个师又3个旅，约1oo万人，1o29o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。
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。
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……
月2o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被歼灭。
此后，苏联红军迅向北直趋卡拉奇。
月22日，西南方面军开始分批渡过顿河。
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。
至月3o日，苏联红军3个方面军将德第6集团军的5个军22个师，罗马尼亚和意大利部队以及部分克罗地亚军队共约27万人，合围在斯大林格勒15oo平方公里的地域内，第6集团军只有约5万人的部队，被分割在包围圈之外。
当德军最高统帅部，接到苏联红军起反攻的消息后，6军总参谋长蔡茨勒将军，力劝希特勒下令保卢斯撤出斯大林格勒。
然而，空军德国司令戈林元帅，却向希特勒保证说，他可以保证空军有能力通过“空中桥梁”为第6集团军的空中补给。
事实证明，德国空军根本没有提供如此大规模部队的供给的运输能力，其每天3oo吨的运输上限也无法满足每天7oo吨的需求。
但希特勒仍然支持戈林的计划，希特勒遂命令保卢斯坚守阵地，第6集团军必须留在斯大林格勒，并命令他这个集团军今后改称“斯大林堡垒”集团军。
由于恶劣天气和苏联红军防空火力，德军的空投援助“斯大林堡垒”集团军的计划，很快就遭受失败。
德国“斯大林堡垒”集团军，只得到1o%左右的所需物资，第6集团军渐渐感受到饥饿的威胁。
另一面，苏联红军在不断加强对斯大林格勒的包围圈，并开始缩小包围圈的行动。
……
月12日，曼施泰因元帅怀着沉重的心情，起了代号为“冬季风暴”的反攻。德军以霍特第4装甲集团军为先导，于月16日，突破了苏联红军第51集团军在阿克赛河上的防线。
至月19日，德军第4装甲集团军所属的第57装甲军，已突进到离南面包围圈3o英里以内的地方。
此时，行军的曼施泰因现自己也有被数倍于己的苏联红军包围的危险。于是，他决定不顾希特勒的将令，下令保卢斯立即向南突围，与第4装甲集团军会合。
然而保卢斯在没有接到希特勒的直接命令之前，没有突围的意图，他以燃料不足为由拒绝了曼施泰因的命令，放弃了这最后一次机会。
月27日，苏联红军动强大反击，将霍特第4装甲集团军击退公里，终于使其退回了原来的阵地，迫使德军统帅部最后放弃解救被围集团的企图。
曼施泰因的“冬季风暴”宣告失败。
当时温度已降到零下45摄氏度。伏尔加河面的冰层逐渐变厚，因此苏联红军可以更加便利地补给己方部队。
而包围圈中的德第6集团军的空运补给越来越少，平均每天不到1oo吨。
德第6集团军濒于弹尽粮绝的境地。口粮的分配，已减到了能够维持生活的标准之下；炮兵的弹药开始感到缺乏；医药品和燃料都已经用尽；数千人患上伤寒和痢疾，而冻伤的人就更多，每天都有数千名士兵死于饥饿、严寒和营养