Totalt satte Den røde armé inn tre fronter (armégrupper), med om lag 1,1 millioner mann, 900 stridsvogner, 12 000 kanoner og 1200 fly i vinteroffensiven. Den 19. november 1942 startet Den røde armé operasjon Uranus med en kraftig artilleriforberedelse på fronten i nordvest, med utgangspunkt i brohodene over Don, om lag 150 kilometer vest av Stalingrad. De fremrykkende sovjetiske enhetene, under kommando av general Nikolaj Vatutin, besto av tre hele arméer: 1. gardearmé, 5. stridsvognarmé og 21. armé. Styrken inkluderte 18 infanteridivisjoner, 8 stridsvognbrigader, to mekaniserte brigader, seks kavaleridivisjoner og en antistridsvognbrigade. Forberedelsene til angrepet kunne høres av rumenerne som fortsatte å be om forsterkninger; men de ble igjen avvist. De rumenske styrkene som dekket Wehrmachts nordvestlige flanke ble knust av den sovjetiske offensiven den første dagen, og de sovjetiske styrkene rykket frem opp mot 30 kilometer. Først på kvelden samme dag fikk 6. armé ordre om å stoppe offensiven inne i selve Stalingrad.