战役由西南方面军、斯大林格勒方面军和顿河方面军共同实施。
粉碎斯大林格勒地区之德军的战略性进攻战役由三个阶段组成：合围德军集团；发展进攻和粉碎德军解救被围集团的企图；歼灭被围德军集团。
11月19日，经过猛烈的炮火准备，西南方面军和顿河方面军发起了进攻，揭开了反攻的序幕。
次日，斯大林格勒方面军开始进攻。
经过两天战斗，苏军各方面军都突破了德军防御，坦克军和机械化军得到了向战役纵深发展进攻的机会。
23日，西南方面军坦克第四军和斯大林格勒方面军机械化第四军在苏维埃农社会合，封闭了在顿河和伏尔加河中间地区对德军第六集团军及坦克第四集团军一部共33万人的合围圈。
继而西南方面军和斯大林格勒方面军一边逐步压缩包围圈，同时建立了合围的对外正面工事，以保障顺利地肃清被围之敌。
德军统帅部为了给被围德军解围，建立了“顿河”集团军群。
该集团军群司令官原打算在托尔莫辛和科捷利尼科沃建立两个突击集团以解救被围德军。
但预感到德军在斯大林格勒附近要灭亡的希特勒，催促司令官不等部队全部集中完毕就发起进攻，于是科捷利尼科沃德军集团沿通往斯大林格勒的铁路于12月12日向苏军发起进攻，但进展缓慢，随后被迫转入防御。
24日，苏军对德军科捷利尼科沃集团发起坚决进攻并粉碎了该集团。
16日，西南方面军和配属部队发起了进攻，粉碎了顿河中游地域的德军并进到德军托尔莫辛集团的后方。
德军统帅部为制止西南方面军的迅猛突破，被迫耗尽了用于进攻斯大林格勒的预备队。
这一进攻迫使德军最高统帅部最后放弃了解救被包围于斯大林格勒的德军的企图。
1943年1月初，压缩在包围圈中的德军态势急剧恶化，已经没有任何解决的希望。
为了停止流血，毛熊最高统帅部命令顿河方面军领导人向德军第六集团军发出最后通牒，要德军根据惯例条件投降，但遭到德军拒绝。
10日，顿河方面军开始了旨在分割并各个消灭被围德军的进攻，德军被分割成两部分。
31日德军南集群被消灭，以第六集团军司令为首的残部投降。2月2日德军北集群残部投降，斯大林格勒会战结束。
苏军消灭了德军在苏德战场总兵力的四分之一约150万人。
由德军及仆从军所组成的最大军队集团彻底遭到覆灭。
整个战役惨烈到什么程度呢？
当时苏军与德军争夺的甚至不是阵地，而是一栋栋已经残缺不全的楼房。
往往一栋房屋能被苏德两军分别占领和争夺几十次，苏军夺回一栋房屋，德军就攻占一栋房屋；
德军在白天强攻下一栋楼房，苏军在晚上又组织反攻去夺回这栋楼房。
双方你来我往，你攻我守；以至于当时苏军内部广为流传的一句玩笑话就是：“我们占领了厨房，但客厅还在敌人手里！”
曾经参加过斯大林格勒战役的德军军官在日记中是这样描述斯大林格勒战役的：
“斯大林格勒不再是一座城市，而是一个杀人炉灶……这里的街道不再是用米来计算，而是用尸体来计算。”
在斯大林格勒战役前，整个斯大林格勒中一共有80万居民，而在斯大林格勒战役结束后，城中仅有不到8000的平民还安然无恙。
斯大林格勒战役是人类历史上最为血腥的战役，惨烈的巷战是这场极其血腥的战役的典型代表。
双方总伤亡人数超200万人，整个战役持续199天，在城区巷战的1星期内，超过4万苏联市民丧生。
就拿苏军守城的第62集团军来说，前后投入的增援部队共计2个军、24个师、16个旅、40个团及20个营，但这个集团军的总人数从未超过6万人，犹如一张血盆大口，让你有来无回。
一个成建制的师顶上去，三天就没了，这只是62集团军的冰山一角，用惨绝人寰来形容，毫不过分。
最惨烈的巷战是发生在9月12日后的三天，对苏德双方来说都是最艰难的日子，德军不顾一切，步步紧逼。
第62、64集团军顽强抵抗，城内已是一片废墟，兵员不停的减少。
近卫第13师在马马耶夫岗与德军展开了拉锯战，由原来的1万人减员到2700人；
步兵第42旅在伏罗希洛夫与德军进行了反复的拉锯战，战斗不到2天，仅剩650人，其中步兵不到200人；
隶属57集团军的步兵244师出现在62集团军阵地时，只剩1500，其中兵力人数不足一个营，最后直至丧失殆尽。
在拖拉机厂保卫战中，近卫第37师投入战斗10天后，全师剩下几百人，其中步兵114团仅剩84人，117团仅剩30人，装备全部被打坏。
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