Đến giữa tháng 11, khi quân Đức gần như đã chiếm được Stalingrad sau những trận giao tranh trên đường phố ác liệt và đẫm máu thì cũng là thời điểm mùa đông khắc nghiệt ập đến. Lợi dụng quân Đức đã kiệt sức, Liên Xô tung đòn phản công, bắt đầu bằng một cuộc tấn công không thành công vào "chỗ lồi" Rzhev gần Moskva và một cuộc tấn công vu hồi gồm hai gọng kìm đánh vào cạnh sườn khiến hơn 30 vạn quân Đức rơi vào vòng vây siết chặt tại Stalingrad. Đến đầu tháng 2 năm 1943, Hồng quân tiêu diệt hoàn toàn quân Đức tại Stalingrad, đẩy lùi chiến tuyến Xô – Đức về vị trí cũ trước cuộc tấn công mùa hè. Đến giữa tháng 2, khi bước tiến của Liên Xô dần khựng lại, quân Đức – với hy vọng xoay chuyển tình thế – mở một cuộc tấn công khác vào Kharkov, tạo nên một chiến tuyến hình vòng cung xung quanh thành phố Kursk của Liên Xô.