Совјетски контра-напад код Стаљинграда: Операција „Уран“
За све време опсаде, немачки и румунски команданти су притискали своје главне штабове како би добили појачање за утврђивање линије на Дону. Совјетске снаге су држале неколико тачака на јужној обали реке, и сваки способни командант би их сматрао озбиљном претњом. Крајем октобра и почетком новембра, фон Паулус и његов начелник штаба, генерал-мајор Артур Шмит, све чешће су добијали знаке непосредно предстојеће совјетске контраофанзиве, која би могла да доведе 6. армију у смртну опасност. На оба крила фронта, и код суседних италијанских и румунских армија било је небројено много знакова јаког совјетског борбеног груписања, које би биле у стању да сваког тренутка пробију фронт и код Стањинграда опколе Немце. Због такве ситуације врховна команда 6. армије затражила је да се јалови напади у градском језгру Стаљинграда обуставе, а да се армија повуче на линију река Дон-Чир, с тиме да 14. оклопни корпус буде спреман у резерви. Дана 7. новембра немачко радио-извиђање је јавило драматачну промену совјетских положаја која је указивала на предстојећу велику совјетску офанзиву на оба крила 6. армије. Ипак, Хитлер је био толико фокусиран на сам град да су сви такви извештаји били узалудни. Командант генералштаба Немачке копнене војске OKH, Франц Халдер, изразио је забринутост због Хитлерове опсесије градом, истичући слабост крила немачке војске. Хитлер је средином октобра сменио Халдера, и поставио генерала Курта Цајцлера (нем. Kurt Zeitzler).
Фон Паулус је поводом једног предавања које одржао пред официрским питомцима Народне полиције Демократске Републике Немачке маја 1954. године описао тадашњу ситуацију 6. армије: „Те припреме за напад очигледно су имале за циљ опкољавање 6. армије. Врховна команда је уз сагласност армијског корпуса прослеђивала текуће вести и захтеве претпостављеној Групи армија 'Б'(...) Група армија 'Б' имала је исти састав као и врховна команда 6. армије, али никако није успевала да се наметне код Врховне команде Вермахта. Група армија је у суштини увек преносила исте, повратне одлуке Врховне команде Вермахта: У оквирима познате опште процене совјетских снага Врховна команда Вермахта сматра да не постоји озбиљна опасност од непријатељског напада на донском фронту. Резерве (међу њима 48. оклопни корпус из 3. румунске армије) које се налазе иза делова фронта које држе савезници су довољне. У оваквој ситуацији се напад за одузимање осталих делова Стаљинграда мора довести до краја, да би се жариште уклонило. Против совјетских правца кретања биће ангажована Луфтвафе, чим се утврди да је тај простор попуњен трупама“.
Како су борбе у граду настављене током јесени, совјетски генерал Георгиј Жуков, који је командовао стратешким планирањем у стаљинградској области, започео је да концентрише масовне совјетске снаге у степама северно и јужно од града. Северно крило нападачке војске било је посебно рањиво, јер су га браниле румунске јединице које су имале слабу опрему и низак морал.[34] Жуковљев план је био да задржи немачке снаге у борбама у граду, а онда да се пробије кроз растегнуте и слабо брањене бокове немачке војске, и да их опколи унутар Стаљинграда. Ова операција је имала кодно име „Уран“.
Дана 19. новембра, 1942. године Црвена армија је започела операцију „Уран“.[35] Нападачке снаге под командом генерала Николаја Ватутина су се састојале из три комплетне армије, 1. гардијске, 5. тенковске и 21. армије, укључујући укупно 18 пешадијских дивизија, осам тенковских бригада, две моторизоване бригаде, шест коњичких дивизија и једну антитенковску бригаду. То у бројкама отприлике гласи овако: 900 фабрички нових тенкова Т-34, 13.500 артиљеријских оруђа и минобацача, 1.250 ракетних бацача типа каћуша и 1.100 противавионских топова. Ваздушне снаге су обухватале више од 1.000 авиона. За благовремени транспорт резерви Совјети су изградили додатних 6 железничких пруга дуплог колосека укупне дужине од око 1.100 километара, поправљено је 1.958 километара железничких пруга и 293 моста. Само ка правцу Стаљинграда је било допремљено 142.000 вагона са трупама и материјалом. Румуни су сазнали за припреме за напад, тражили су појачања, али су били одбијени. Бројчано надјачана, и слабо опремљена 3. румунска армија, која је држала северно крило 6. немачкој армији здробљена је после једног невероватног дана тешке одбране.[35] Снег је тако густо падао да 4. ваздушна армија данима није могла да дејствује. Толико хваљена резерва, немачки 48. оклопни корпус, био је заправо у веома лошем стању: 22. оклопна дивизија је на располагању имала само 42 тенка, 14. оклопна дивизија је требало да се бори без својих пешадијских пукова, а румунска 1. оклопна дивизија, једноставно речено, није уопште била за борбу.
У немачким биоскопима је 19. новембра почео да се приказује снимак немачких филмских новости, издање 637/42. У филмском сижеу о борбама у Стаљинграду је стајало: „Некадашња метропола на Волги, осим малобројних квартова, отета је непријатељу. Немачки Вермахт се налази на Волги“.
Дана 20. новембра, друга совјетска офанзива започела је јужно од Стаљинграда, против позиција које је држала 4. румунска армија (додељена 4. панцер армији) и чија одбрана је била разбијена готово тренутно.[35] Совјетске снаге су журиле ка западу у маневру уклештења, и среле су се близу града Калача два дана касније, 22. новембра, затворивши прстен око Стаљинграда.[35] Цела 6. армија, већина дивизија 4. панцер армије, и остаци 3. и 4. румунске армије су били у обручу.[35] У обручу је остало 230.000 немачких и румунских војника[36], и 369. пуковнија хрватске пешадије[21]. Ту се затекло око 10.000 цивила[37] и хиљаде совјетских бораца које су до тада заробили Немци. Нису сви немачки војници заробљени, око 50.000 је остало изван џепа.
Тог дана око 14:45 часова Фон Паулус је потчињеним корпусима упутио следеће армијско наређење: „Армија обуставља све досадашње нападе у Стаљинграду и држи положаје. Иза њеног западног крила ће се довести снаге да би тамо најпре поставили одбрамбени фронт. Предвиђени су каснији напади са тог фронта“. Без увијања, оваква директива представља укопавање као и то да су Фон Паулус и Шмит већ знали судбину 6. армије, два дана пре но што ће тенковске претходнице код Калача затворити обруч.