Окружение немецких войск под Сталинградом было задумано еще в ходе оборонительных боев РККА за этот город. Для проведения наступательной операции «Уран» ставка ВГК сосредоточила на Юго-Западном и Сталинградском фронтах 1,11 млн штыков, 15 тыс. орудий и минометов, около 1,5 тыс. танков и самоходных артиллерийских установок, свыше 1,3 тыс. боевых самолетов.
Немцы стянули к Сталинграду 6-ю полевую (Фридрих Паулюс) и 4-ю танковую армии (Герман Гот), румынские 3-ю и 4-ю армии группы армий «Б» (командующий Максимилиан фон Вайхс), которые насчитывали более 1,01 млн штыков, 10,2 тыс. орудий и минометов, 675 танков и штурмовых орудий, 1216 боевых самолетов. В результате массирования сил и средств на направлениях главных ударов командование РККА получило превосходство в живой силе в 2-2,5 раза, в артиллерии и танках — в 4-5 и более раз. Прорывы были намечены на участках фронта, которые обороняли румынские и итальянские войска, не отличавшиеся даже удовлетворительной боеспособностью.
Войска Юго-Западного фронта и 65-й армии Донского фронта после мощной почти полуторачасовой артподготовки перешли в контрнаступление 19 ноября 1942 года. К концу дня соединения ЮЗФ продвинулись на 25–35 км, они прорвали оборону 3-й румынской армии на двух участках, юго-западнее Серафимовича и в районе Клетской. Фактически эта армия была разгромлена и чуть было не попала в окружение. На Донском фронте ситуация была тяжелее, наступающая здесь 65-я армия Батова, встретила упорное сопротивление противника, к концу дня продвинулась только на 3-5 км и не смогла прорвать даже первую линию обороны неприятеля. 20 ноября, после мощного артиллерийского обстрела позиций противника, прошли в прорыв части Сталинградского фронта. Им удалось в первый же день взломать оборону 4-й румынской армии и к вечеру продвинуться вперед на 20-30 км.
Окончательно немецкий фронт был прорван в нескольких местах к 21 ноября. Танковые корпуса Юго-Западного фронта вышли на оперативный простор и стремительно продвигались к Калачу, который заняли уже на следующий день. 23 ноября боевые машины 26-го танкового корпуса Юго-Западного фронта вышли к хутору Советский, где соединились с частями 4-го механизированного корпуса Сталинградского фронта. Было замкнуто кольцо, в котором оказались 6-я полевая и основные силы 4-й танковой армий вермахта. Всего 22-ве дивизии и 160 отдельных частей общей численностью около 300 тыс. солдат и офицеров. Такого поражения немцы во время Второй мировой войны ещё не знали. Также 23 ноября близ станицы Распопинской сдались в плен более 27 тыс. румын.
К 30 ноября Красная Армия создала два кольца окружения - внешний и внутренний. 12 декабря немецкое командование бросило группу армий «Дон» под началом Манштейна на деблокаду своих войск под Сталинградом. К 23 декабря наступательный порыв немцев иссяк, больше попыток выручить своих, оказавшихся в окружении не было. «Воздушный мост» немцев работал плохо. К тому же войска РККА успешно развивали наступление в западном направлении и отбросили противника на 150-200 км от сталинградского котла.
В дальнейшем Ставка приняла решение рассечь окруженную немецкую группировку силами 21-ой и 62-ой армий надвое, для удобства их дальнейшего уничтожения. Новая операция под наименованием «Кольцо» началась 10 января, и уже к 26 января вышеуказанные объединения РККА выстроились в районе Мамаева Кургана. Противник был разделен на южный и северный секторы. Первый капитулировал 31 января, ее возглавлял фельдмаршал Фридрих Паулюс. Тремя днями позже сдался северный сектор, Сталинградское сражение было победоносно завершено. Уже в ходе операции «Кольцо» воины РККА уничтожили 140 тыс. и взяли в плен 91 тыс. солдат и офицеров противника.
В этой битве были полностью разгромлены 6-я смешанная и 4-я танковая немецкие армии, 3-я и 4-я румынские армии и 8-я итальянская армия. Общие безвозвратные потери Германии и ее союзников составили около 1,5 млн человек.