Tháng 6 năm 1942, Vasilevsky chính thức được cử làm Tổng tham mưu trưởng và đến tháng 10 là Thứ trưởng Bộ Quốc phòng. Từ ngày 23 tháng 7, ông là đại diện Tổng hành dinh tại mặt trận Stalingrad cùng Zhukov. Hai người đã cùng lập kế hoạch tổ chức phòng thủ Stalingrad và tổ chức phản công với Chiến dịch Sao Thiên Vương.