負責主攻的西南方面軍由18個步兵師，和8個坦克旅，2個摩托旅，6個騎兵師，以及1個反坦克旅組成，並得到空軍第2，第17集團軍的支援。
面對數十萬俄羅斯軍隊的瘋狂攻擊，羅馬尼亞人根本無法阻止，西南方面軍只用了24小時就突破羅馬尼亞第3集團軍的防禦陣地，
葉廖緬科上將指揮的伏爾加格勒方面軍，發起進攻的時間比西南方面軍晚一天。
11月1號，伏爾加格勒方面軍的第51、57、64集團軍也在南部轉入反攻，突破羅馬利亞第4集團軍的防線，主要由騎兵組成的羅馬尼亞人迅速被殲滅。
軸心國部隊此時已經是強弩之末，俄羅斯人的反擊非常迅猛，2號西南方面軍分批渡過頓河，3號西南方面軍和伏爾加格勒方面軍在卡拉奇會師，徹底完成對伏爾加格勒的包圍。
在包圍圈內，有德第6集團軍的5個軍22個師，羅馬尼亞和義大利部隊，以及部分克羅埃西亞軍隊，共約27萬人。
俄羅斯人反擊的速度，遠遠超出德國人的預料之外。
31號俄羅斯人剛剛發起反擊的時候，新任德國陸軍總參謀長蔡茨勒建議小鬍子下令保盧斯撤離。
小鬍子的信心也開始動搖。
在法國戰役期間犯過錯的戈林再次向小鬍子保證，他率領的德國空軍有能力透過“空中橋樑”，為伏爾加格勒城內的第6集團軍提供空中補給。
小鬍子再次信了戈林的邪。
說起來很神奇，雖然戈林犯過無數錯誤，不過小鬍子對戈林的信任從來沒有動搖過。
就算戈林說德國空軍可以從柏林起飛，對比勒陀利亞實施轟炸，估計小鬍子也堅信不疑。
保盧斯沒能等到小鬍子的撤退命令，等來的是第6集團軍重組為“伏爾加壁壘集團軍”的命令。
小鬍子命令保盧斯無論如何也要堅持作戰，哪怕戰鬥到最後一兵一卒，一槍一彈，也不能從伏爾加格勒撤退。
很快戈林給小鬍子的承諾就徹底破滅，進入冬季之後，俄羅斯的環境極其惡劣，德國空軍的出動受到巨大影響。
現在的俄羅斯軍隊，也不再是去年的那支俄羅斯軍隊，擁有南部非洲和美國的援助，俄羅斯軍隊裝備了大量防空武器，德國空軍對第6集團軍的空投受到極大影響。
包圍圈內的德軍，每天需要大約700噸補給物資。
德國空軍的運輸上限是300噸。
實際空投到伏爾加格勒的物資更是減少到只有大約100噸。
而且這些物資還不是全部空投到德軍的陣地上，部分物資甚至空投到俄羅斯軍隊的陣地上。
最終德軍每天獲得的補給物資，僅為所需物資的大約百分之十。
在完成對伏爾加格勒的包圍後，俄羅斯人開始逐漸縮小包圍圈。
小鬍子此時仍然沒有意識到即將大禍臨頭，針對戰局發展還在調整進攻。
2號當天，小鬍子下令將曼施坦因率領的的第11集團軍擴建為頓河集團軍群，由曼施坦因任司令，並把被包圍在伏爾加格勒的第6集團軍，霍特率領的第4裝甲集團軍，以及羅馬尼亞第3、第4集團軍的殘兵交與曼施坦因指揮。
讓人啼笑皆非的事情出現了，羅馬尼亞第3、第4集團軍，在“天王星行動”中首當其衝遭到俄羅斯軍隊的反擊。
這兩個集團軍的防線都被俄羅斯軍隊攻破，羅馬尼亞人卻神奇的儲存了絕大部分實力。
能從俄羅斯人面前逃出生天，卻逃不過小鬍子的堅持，毫無鬥志的羅馬尼亞人被迫重返戰場，他們還要繼續和俄羅斯人作戰。
小鬍子希望曼施坦因能迫使俄羅斯軍隊的攻勢停頓，並奪回已失去的陣地。
曼施坦因不樂觀，他認為德軍成功的機會在於第6集團軍從伏爾加格勒向西南突圍，同時霍特第4裝甲集團軍則從伏爾加格勒以南的科捷爾尼科沃向東北進攻，夾擊葉廖緬科指揮的伏爾加格勒方面軍，完成這一任務之後，再回過頭來攻擊圖瓦京指揮的西南方面軍。