В то время, как немцы постепенно продвигались по городу, захватывая западный берег Волги, советское командование стягивало войска к Сталинграду.

19 ноября 1942 года началось наступление Юго-Западного и Донского фронтов в рамках операции "Уран". 20 ноября в наступление перешел Сталинградский фронт. Советские войска отвоевывали позиции, разгромив румынские войска, и вследствие ожесточенных боев окружили немецкую армию, зажав ее на территории, вдвое меньшей, чем 6-я армия сумела занять в ходе летнего наступления.

Однако дальнейшие действия затянулись. Немецкие войска заняли оборонительные позиции, дожидаясь помощи извне. В середине декабря 1943 года группа армий "Дон" под командованием Эриха фон Манштейна попыталась совершить прорыв к окруженной 6-й армии Паулюса, но из-за больших потерь была вынуждена остановиться в 30 километрах от цели, а 23-го декабря начать отступление из-за критической ситуации на Чирском фронте.

Битва за Сталинград закончилась 2-го февраля, когда 6-я армия Паулюса, разбитая советскими войсками надвое, была полностью ликвидирована, а ее остатки сдались в плен.