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个中械坦克旅，2个中械摩托旅，6个骑兵师和1个中械反坦克旅组成，并得到中华帝国志愿军空军第2，第17联队（苏联方面称空中集团军）的支援。
负责防卫德军第6集团军群侧翼安全的是罗马尼亚第3集团军，由于在数量上处于绝对劣势并且缺乏精良装备，仅仅在战斗发起一天之内罗马利亚第3集团军的阵地便被苏军突破。斯大林格勒战场的局面一下子就被打开了，德军的铁壁合围战术宣告破产。
顿河方面军实施两个辅助突击，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。第66集团军在斯大林格勒以北地区原地防御，并得到苏联空军第16集团军的支援。
11月20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速被歼灭。
22日，西南方面军开始分批渡过顿河。第二天，西南方面军和斯大林格勒方面军在拉卡其会师，从而完成了对斯大林格勒的反包围。
至30日，苏军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1500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军发起反攻的消息后，陆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。
事实证明德国空军虽然有提供如此大规模部队的供给的运输能力，其每天能够向被包围的德军提供700吨的需求，确实能够保证德军第六集团军的补给。希特勒于是支持戈林的计划，他下令保卢斯坚守阵地，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。
然而，戈林悲催的是，他的空军虽然能够控制住斯大林格勒上空的制空权，掩护运输机给德军空投物资，但是他忽略了一个最重要的问题，那就是中华帝国志愿军空军有一支强悍的夜间对地攻击联队——号称血肉夜叉的a-5强击机联队。
中华帝国志愿军的a-5强击机群到了晚上就会对被包围的德军实施猛烈的超低空袭击，强悍的对地攻击火箭弹让德军的补给物资瞬间爆炸燃起大火，使得德军的补给物资损失惨重。而苏联红军大规模部