22. октобра Батов ће заменити генерала Крајченкина на месту команданта совјетске 4. тенковске армије на прилазима Стаљинграду. Ова армија, која ће убрзо бити преименована у 65. армију, чинила је део Донског фронта под командом Рокосовског. Батов је дуже време обављао функцију команданта совјетске 65. армије. Учествовао је у планирању совјетске контраофанзиве код Стаљинграда (Операција Уран), снабдевши Жукова са кључним обавештајним информацијама о линијама спајања између немачкик и румунских јединица. Његова армија чинила је ударну песницу читаве офанзиве и учествовала је и у операцији Прстен, која је поразила немачке снаге у обручу. Рокосовски је касније написао: