В ходе Сталинградской стратегической оборонительной операции её войска в конце октября — первой половине ноября во взаимодействии с другими армиями вели активные боевые действия на правом берегу Дона, удерживая ранее захваченный плацдарм и сковывая с севера группировку противника, наступавшую на Сталинград. С переходом советских войск в контрнаступление армия наступала из района северо-восточнее Клетской на Вертячий. К началу декабря вышла к р. Россошка южнее Вертячего, во взаимодействии с другими армиями образовала внутренний фронт окружения группировки немецких войск под Сталинградом и до 10 января 1943 года блокировала её с северо-запада. В январе — начале февраля участвовала в наступательной операции «Кольцо» Донского фронта по ликвидации окружённой группировки противника.