1942年11月19日，苏军开始在顿河一线发动反攻。当天晚上9时30分，希特勒授权B集团军群司令魏克斯，允许其下令放弃攻打斯大林格勒，以调出部队阻止苏军的突破。22时，魏克斯致电第6集团军司令保卢斯：“罗马尼亚第3集团军形势的发展迫使采取激进措施保护第6集团军的深远侧翼。在斯大林格勒的所有进攻行动必须立刻停止。”
魏克斯同时下达了具体的命令，把第6集团军3个装甲师和1个步兵师撤出城区，掉头保护集团军左翼。于是保卢斯将自己的装甲部队北移，应对第21和第65集团军的进攻。至于在他身后进攻的西南方面军第5坦克集团军，保卢斯已获悉魏克斯的安排，由第48装甲军负责应对。这是一个致命错误，保卢斯后来也抱怨说，魏克斯只让他对付北面的苏军，可他的身后却涌进了大量敌方坦克。
苏军第5坦克集团军在第一天的进攻中打得并不好，以至于对手忽视了他们的威胁。当天晚上，第26坦克军第157坦克旅在军长罗金少将的率领下没有停留，选择继续南下，他的友邻第1坦克军则被德罗军队阻挡住了去路。
罗金的目标是罗马尼亚第5军司令部所在地佩列拉佐夫斯基，这里也是一处重要的后勤补给基地。当第157坦克旅悄悄南下时，他们遭遇了正在北上的罗马尼亚第1装甲师，不过在漫天飘雪的夜晚，对方居然没有发现他们。罗金也不和对方纠缠，他们当晚前出了30公里，于次日上午逼近目标。其间他们遇到了跟在罗马尼亚装甲部队身后的运输车队，这次罗金没有客气，大量燃料、弹药和食品落入自己手中。
罗马尼亚人完全没料到苏联坦克突然到来，还悠闲烤着面包。不到一小时后镇子落入苏军之手。苏联人闯入罗军司令部，办公桌还摊着文件、钥匙插在保险柜里、上衣挂在架子上。
镇上有很多仓库、伤兵医院和通讯枢纽。1270名罗军官兵被俘虏。一个德国联络官赶来向罗第5军报到，也被抓住。在这次袭击中，罗第1装甲师和德军保持联系的无线电也被摧毁，他们与上级——第48装甲军失去了联系。下午4时，苏军又向南闯入耶夫列莫夫斯基，用2小时赶走了罗军。
罗马尼亚第1装甲师的命运就这样被锁定了，他们失去了辎重，又失去了和上级的联系，更糟糕的是他们撞上了苏军第26坦克军另一支部队—第19坦克旅。罗马尼亚第1装甲师有100辆轻型坦克，苏军第19坦克旅有40多辆T-34中型坦克，实力对比一目了然。于是第19坦克旅打了一场漂亮的战斗，击毁罗军35辆坦克和大量机动车辆。
同样在11月20日，苏军第5坦克集团军所属的第1坦克军遭遇了德军第22装甲师。第22装甲师有些名不副实，他们只有31辆坦克。此时德军第48装甲军军长海姆正焦急地等待罗马尼亚第1装甲师的消息，无线电台得不到他们的消息，海姆据此判断这个师已经脱离战场。问题是第22装甲师怎么办？罗马尼亚第3集团军要求他增援被苏军第4坦克军打得快要崩溃的第4和第5军，可第22装甲师在强大的苏联坦克集群面前只够自保。
当天上午，海姆下令第22装甲师转入防御。希特勒获悉此事后大发雷霆，让已经后撤的第22装甲师立即北上增援，救出被困的罗马尼亚部队。当他们再次抵达前线时，苏军第1坦克军仍然严阵以待，双方爆发一场混战。苏军吃不掉德军装甲集群，但也没能让对手救出罗马尼亚军队。
第1坦克军的表现并不算好，他们不敢靠近德军坦克，只能远远地和德军坦克对射，这样他们也捞不到便宜。罗金的第26坦克军在20日打得相当出彩，可全军缺乏有效组织，散落在方圆100公里的地域，无法继续组织进攻。罗金在当天下午6时下令收拢部队，这让他们花了20个小时的时间。
在罗马尼亚军的右翼，德军第11军在20日这一天等来了援兵，保卢斯派去的第14装甲师和第177强击火炮营率先抵达。德军遇到一个选择题，第11军正面的苏军第65集团军自进攻开始后并没有取得太大进展，反而是罗马尼亚第3集团军的右翼被苏军第21集团军切入30公里纵深。如果任由苏第21集团军继续前进，苏联坦克很快就会冲到保卢斯新的指挥部所在地卡拉奇北面的弯曲部一线。
保卢斯决定向第21集团军发起反击。第14装甲师出动约30辆坦克，并有“西蒙斯”战斗集群（包括800多名步兵、4门重反坦克炮、第104高炮团，10个高炮连；第611坦克歼击营）和罗军第1骑兵师的配合。他们阻挡住了苏军第4坦克军的进攻。
与此同时，苏军第65集团军司令员巴托夫（半年前的克里米亚战役时还是个菜鸟）把集团军所有45辆坦克集中起来，连同一些冲锋枪手和4个车载步兵营编成了一个快速集群，由阿尼西莫夫上校统一指挥。自11月20日晨，第65集团军出动三个步兵师猛击德罗联军防线，打出了一个缺口，快速集群迅速冲入德军防线纵深。
“阿尼西莫夫”集群迅速插入敌阵23公里，绕到了德第11军后方。他们一路捣毁德军医院、后勤基地、机场，甚至还迫近德第44步兵师指挥部。这个快速集群造成的直接损失并不大，却在德军后方掀起恐慌情绪。更重要的是，他们搅乱了德军对苏第21集团军的反击，苏第4坦克军得以顺利向前发展。
就这样，德罗联军的防线已经被撕扯得七零八落。罗马尼亚第3集团军4个军级指挥部一个已经被捣毁，两个正在撤退的途中，他们所辖的各师也有几个师部遭到了攻击，以下部队则群龙无首，陷入混乱。第5、第6、第14、第15师和第13师一部已经被孤立。集团军只好临时任命第6师师长拉斯科尔统一指挥这些部队，他们后来被称为“拉斯科尔”集群。这个集群被赋予的任务是原地坚守，直到战至最后一个人。
德军的灾难不仅在北翼，当天清晨在斯大林格勒以南反攻的苏军也开始行动。叶廖缅科投入了第51、第57和第64集团军共14万人，在1213门火炮和472辆坦克的支援下，向罗马尼亚第4集团军所属的第6军（5.2万人）和第4装甲集团军所属的第4军（4.5万人）发动进攻。
和北面一样，进攻的苏军受到漫天大雪和浓浓的迷雾干扰。晨8时是计划进攻开始的时间，可方面军司令员叶廖缅科没有下达命令，坐镇第51集团军的方面军副司令员波波夫想要请示叶廖缅科怎么办，可电线杆被撞倒了，电话打不通，电台也保持着沉默。
8时30分，叶廖缅科还是没有下达命令，波波夫按捺不住了，他下令第51集团军开始炮击。一瞬间，战场上的平静被爆炸声打破了。事后得知，叶廖缅科犹豫了，迟迟不敢下令，他因此在战役后付出了代价。
首先冲进罗军阵地的是第51集团军的2个坦克团，身后则是苏军的两个步兵师。第57集团军奉命于10时开始炮击，根据战前制定的计划，步兵和坦克集群要等到第二轮火箭弹齐射结束再出击，可第142海军步兵旅在第一轮齐射后就跃出战壕，叶廖缅科不得不下令停止炮击。斯大林格勒方面军的进攻就这样戏剧般地开始了。下午2时30分，第64集团军也转入进攻。
混乱还在继续。第51集团军所属的第4机械化军本应该在11时出动，可等了很久仍旧看不到他们的影子。这个军的军长叫沃尔斯基，战前曾给斯大林写了一封信，断言反攻必将失败，由此还引起了一次高层震动，华西列夫斯基亲自向斯大林做出了保证才作罢。
下午1时，第4机械化军的3个旅出现在突破口。他们超过步兵后，以一路纵队的队形向前推进，军属汽车被拿去运送物资，2/3的步兵只能徒步追赶坦克集群。下午4时，第13坦克军进入突破口，他们也缺少汽车，步兵也是徒步进入的战场。
德军早已有所察觉，第4装甲集团军司令霍特提前把手上唯一的机动部队第29摩托化师部署在罗马尼亚人的身后。当苏军第13坦克军冲过来时，德军的55辆坦克已经严阵以待。双方在夜晚爆发战斗，第29摩托化师先是挫败了苏军第169步兵师，又在400米的距离内伏击了苏军第90坦克旅，击毁坦克6辆。
第29摩托化师继续向前厮杀，彻底遏制了苏军第13坦克军的攻势，后者在第一天的进攻中只前进了10~15公里，而原计划他们要推进30~40公里。
第29摩托化师宣称粉碎了苏军整个第57集团军的进攻，这个战果显然是过于夸张了。第57集团军所属的第4机械化军虽然开始唯唯诺诺，但他们接下来对罗马尼亚第6军的打击是致命的。11月21日，第4机械化军已经推进了40公里，威胁到德军第29摩托化师的侧后，迫使他们选择撤退。
苏军第4骑兵军的经历也很有意思。根据作战原则，骑兵在进攻前要下马、徒步发动进攻，可他们发现前面的罗军火力很弱，于是就骑马直接冲了过去。罗军已经成了惊弓之鸟，当坦克和骑兵冲过来时，就纷纷放下武器投降。当方面军副司令员波波夫从后面赶上来时，发现路边坐满了抽着烟的罗军俘虏，足足有5000人之多。
霍特的防线就这样被稀里糊涂地突破了，罗军第2和第18师被围，第1师遭重创。德军第4军和罗军第7军则被隔在两翼。霍特也很狼狈，他先是把指挥部西迁到察里津斯基，很快苏军坦克就距离他不到20公里，他又继续向西逃到顿河岸边的下齐尔斯卡亚。
集团军司令不能履行职责，手下的各军、师很快陷入混乱，就连德军第4军也自乱阵脚，当苏军坦克驶来时，就卷起铺盖跑路了。他们还在撤退的路上用枪托敲击坦克护甲，或是鸣枪警告，提醒那些罗马尼亚军队——他们有优先权。
天气是公平的，苏军无法大规模出动飞机，德军第4航空队的飞机也无法升空。2架He-111轰炸机冒险升空，他们都未能返航。11月19～23日，苏空军仅仅出动了369个架次，德军出动飞机361次，对于飞机数量占有巨大优势的苏军来说，他们受到的影响更大。
11月21日，第14装甲军军长胡贝赶到保卢斯的指挥部，他奉命接管了第6集团军几乎所有的机动部队，包括第14、第16、第24装甲师，第3、第60摩托化师和第244强击火炮营。这些部队虽然受损严重，但坦克和强击火炮加起来也足有近200辆。胡贝接受的任务是把部队集结起来，向苏军发动反击，但这些部队散落在各地，一时间根本就集结不起来。
当天下午1时，几辆苏军坦克突然出现在戈卢宾斯基，这里是第6集团军司令部所在地，而且当时保卢斯和参谋长施密特都在指挥部里。苏军并不知道保卢斯在那里，也不清楚戈卢宾斯基是第6集团军的指挥部。迟疑之际保卢斯等人迅速撤退，然后乘坐飞机跑到卡拉奇西南的下奇尔斯卡亚，在那里他们遇到了霍特。
第6集团军司令部其他人员以及第8军司令部则从地面转移。一路上到处是德军丢弃的步枪、钢盔、火炮、坦克，还有整体翻过来的汽车、马车，而更多的则是乱哄哄拥挤在道路上的惊惶失措的士兵和车辆，被绊倒的人则被无情人流踩死或者被汽车和坦克碾烂。
通往顿河西岸的桥梁实在是拥挤不堪，很多德国士兵干脆通过并不结实的冰面过河，有人踏上薄弱冰层，掉入冰窟窿淹死。在撤退德军身后，被丢弃的各种仓库有的已经大火熊熊，有的则完整地落入了苏军之手。而这些仓库的负责人却把私人财物装满了汽车全速逃跑。包括保卢斯在内的德国将军们撤退时也没忘记带上高级红酒和香槟。德国士兵们遇到补给仓库，就尽最大可能用食品和罐头塞满背囊。从前线逃下来的轻伤员和装病者想躲到医院里避难，却被拒之门外，然后拼凑成各种战斗群送回前线。
趁着德军混乱之际，苏军的坦克集群和骑兵正全力冲向顿河东岸的卡拉奇。
在北面近卫第3骑兵军和后续的6个步兵师拼命挤压德第14装甲师和第11军，使之不能参加西面的坦克交战。配合第14装甲师行动的“西蒙斯”战斗群已经打得只剩下235人。第5坦克集团军所属的第1坦克军仍然被德军第22装甲师所阻，他们只得留下一个坦克旅，另一个坦克旅和一个摩托化旅则绕到佩列拉佐夫斯基和第26坦克军会合。当他们到达那里后，第26坦克军已经于21日下午1时冲向卡拉奇，第1坦克军主力则紧紧跟在他们身后。德军第22装甲师逐渐淹没在苏军的攻击部队中，他们被苏军的1个骑兵军和2个步兵师合围。
在苏第1、第26坦克军的前进道路上，德罗军几乎没什么战斗单位。苏联坦克像脱缰野马般狂奔。德罗军丢下的物资堆满了长达35公里的道路。夺取一个补给站后，苏联士兵们发现了很多酒，立刻痛饮起来，有些人居然活活醉死。
当天下午，天气有所改善，德国空军随即出动。第1坦克军遭到了猛烈空袭，一下子就损失了30多辆坦克，加上此前战斗损失的40辆坦克和30多辆因技术故障造成的损失，他们仅剩下24辆坦克可用。运气一直站在第26坦克军一边，他们仅在21日这一天就冲出去60多公里，抵达卡拉奇以西的高地，沿途只遭遇轻微的抵抗。
为了尽快夺取卡拉奇渡口，切断德军第6集团军西撤的退路，第26坦克军军长罗金组建了一支由5辆坦克、2个摩托化连和1辆装甲侦察汽车构成的精悍分队。这支分队由第14摩托化旅旅长菲利波夫中校指挥，于22日凌晨3时冲到了卡拉奇以西的顿河岸边。当他们抵达时发现计划夺取的大桥已经被毁，于是又继续向南，摸到了德军新建的另一座桥。
守备大桥的德军其实远远地就发现了这支苏军部队，但误以为是自己人。等到他们发现不对劲时，立即用88毫米反坦克炮回击。可苏军坦克已经到了眼前，他们付出了2辆坦克的代价，将德军守桥部队全歼。
这支小分队在巨大胜利面前太兴奋，他们竟然要打下卡拉奇。可赶来的德军先是轻松地击退了他们的进攻，进而把这支小部队围在了渡口。自22日凌晨3时至下午5时，菲利波夫分队一直死守在这里，直到第19坦克旅主力赶来。
希特勒在11月20日整天都没有给B集团军群下达命令。据他的身边人回忆：“元首本人完全没有确定该怎么做。”21日，他做出了自己的决定，一旦第6集团军被围，应从两个方面着手营救。其一是通过空中给第6集团军提供补给，这方面德军在1942年初在杰米扬斯克有过成功经验；其二是他打算把曼施坦因和第11集团军司令部从北方战线调回，改组为顿河集团军群司令部，曼施坦因将指挥一支“新锐”部队去解围，不过这支部队要等到12月份才能完成集结。
下定此番打算后，希特勒于11月21日下午3时25分致电魏克斯，要他向第6集团军下达命令：“尽管有暂时被围困的危险，第6集团军仍要保住阵地，要尽力保持铁路线畅通。稍后将下达空运的特别命令。”
这封电报发出去时，保卢斯正在撤往下齐尔斯卡亚的路上。当他抵达那里后看到了希特勒亲自给他发来的电报：“第6集团军被暂时包围。我了解第6集团军及其指挥官，我知道第6集团军会在困境中勇敢坚守。集团军应该知道，我会尽一切努力救助你们。”保卢斯当晚就发布了一道振奋人心的命令回报元首：“斯大林格勒—伏尔加前线必须不惜一切代价守住。第6集团军将集中强大力量在顿河西岸实施反击。”
希特勒稍后又发去了一份电报，口气明显没那么亲切了：“第6集团军司令官连同司令部一起开赴斯大林格勒，集团军占领环形防御，并等待新的指示。”据说保卢斯得到这命令后大为愤怒，因为希特勒很明显是借此暗示要防止保卢斯个人逃离斯大林格勒前线。
11月22日早晨7时，保卢斯、霍特、施密特（第6集团军参谋长）、菲比希（第8航空军司令）和皮克特（高射炮兵指挥官）一起讨论了当前局势。此时苏军已经夺取卡拉奇大桥，第6集团军西撤的通道被截断。与会的德军将领们也承认了这个事实，而双方的分歧则在于，是应该执行希特勒固守包围圈的指示呢，还是应该强行突围。
皮克首先提出向西强行突围，同时提醒与会者，他需要人力帮助搬运大炮和炮弹。施密特对这个方案持怀疑态度，德军官兵要沿着开阔的冬季草原行军45公里，到达尚未封冻且西岸悬崖已经有红军把守的顿河，尤其是在丢弃重武器、没有燃料，而且还受到15000名伤病员拖累的情况下。这只会导致一场“拿破仑”式的大溃败。而且他提醒大家，元首的命令是固守。
保卢斯将军赞同施密特的意见。尤其保卢斯坚信不能违抗希特勒的指示。11月22日下午2时，保卢斯乘飞机返回了包围圈，在斯大林格勒郊外的古姆拉克设立战斗指挥部，开始统帅被围德军坚守包围圈。
