Chiến dịch Blau
Diễn biến chiến sự trên hướng Volga-Đông > Quân đội Liên Xô phản công > Trên hướng Stalingrad

Bài chi tiết: Chiến dịch Sao Thiên Vương, Chiến dịch Bão Mùa đông, Chiến dịch Sao Thổ, và Chiến dịch Cái Vòng (1943)
Từ giữa tháng 9 năm 1942, kế hoạch phản công của quân đội Liên Xô tại khu vực Stalingrad đã được các tướng Georgy Zhukov và Aleksandr Vasilevsky hoạch định khi Bộ Tổng tư lệnh tối cao quân đội Liên Xô nắm trong tay một lực lượng dự bị rất lớn được xây dựng trong mùa hè và mùa thu gồm 25 sư đoàn bộ binh, 6 quân đoàn xe tăng, 7 quân đoàn cơ giới, 4 lữ đoàn bộ binh độc lập, 3 lữ đoàn xe tăng độc lập. Trong khi đó, đến tháng 10 năm 1942, về cơ bản, quân đội Đức Quốc xã đã sử dụng hết lực lượng dự bị của mình. Hơn thế nữa, một khối binh lực và phương tiện rất lớn của quân Đức và các đồng minh của họ đang bị sa lầy vào các trận đánh có tính chất địa phương tại thảo nguyên Kuban và thành phố Stalingrad. Trên hướng Bắc và Trung tâm, quân đội Đức cũng phải giữ thế phòng ngự. Mặc dù Bộ Tổng chỉ huy quân đội Đức cũng điều từ Pháp và Đức sang 8 sư đoàn nhưng lại đưa đến bố trí tại vùng Vitebsk - Smolensk. Hai sư đoàn được rút từ Leningrad đến bố trí tại Velikiye Luki, hai sư đoàn cũng được rút từ Voronezh và Zhizdra để đưa đến khu vực Yartsevo-Roslavl. Quân đội Đức cũng không xác định được 11 tập đoàn quân Liên Xô đã tập trung xung quanh khu vực Stalingrad. Sau chiến tranh, tướng Đức Alfred Jodl thừa nhận:
| 0 | 1 | 2 |
| --- | --- | --- |
| “ | Chúng tôi tuyệt nhiên không tưởng tượng được sức mạnh của quân Nga trong khu vực này. Trước đó, ở đây không có gì hết. Thế mà bất thình lình, chúng tôi bị nện một đòn mạnh có ý nghĩa quyết định. | ” |
— Alfred Jodl, 
Ngày 19 tháng 11 năm 1942, trong khi Tập đoàn quân 6 và Quân đoàn xe tăng 14 (Đức) vẫn mải miết tiến hành các trận chiến giằng co trên các đường phố Stalingrad để nhổ từng chốt điểm của Tập đoàn quân 62 (Liên Xô) thì ba Phương diện quân Tây Nam (mới), Stalingrad (mới) và Sông Đông của quân đội Liên Xô đã bất ngờ mở Chiến dịch Sao Thiên Vương. Chỉ sau năm ngày tấn công, các mũi đột kích bằng xe tăng, cơ giới ở vòng ngoài, tiến hành đồng tâm với các cuộc xung phong bằng bộ binh, được không quân và pháo binh yểm hộ mạnh đã đè bẹp hai tập đoàn quân 3 và 4 (Romania) ở phía tây Bắc và Đông Nam Stalingrad. Ngày 25 tháng 11, vòng vây kép của quân đội Liên Xô đã khép chặt tại thị trấn Kalach và thị trấn Nizhni-Chirskaya trên ngã ba sông Đông và sông Chir. Nằm trong vòng vây là Tập đoàn quân 6 (Đức) gồm các quân đoàn bộ binh 8, 11, 51 (tổng cộng 14 sư đoàn bộ binh); Quân đoàn xe tăng 14 thuộc Tập đoàn quân xe tăng 4 (Đức) gồm 2 sư đoàn cơ giới (3 và 60), 3 sư đoàn xe tăng (14, 16 và 24); sư đoàn cơ giới 29 (trong đội dự bị của Tập đoàn quân xe tăng 4), cùng nhiều đơn vị kỹ thuật, công binh, trợ chiến, thông tin, quân y, hai trung đoàn không quân (Đức); các sư đoàn kỵ binh 1 và 20 (Romania).
Trong một nỗ lực giải cứu cho Tập đoàn quân 6, Bộ Tổng chỉ huy quân đội Đức thành lập Cụm tập đoàn quân Sông Đông do thống chế Erich von Manstein chỉ huy gồm các cụm tác chiến Hoth và Hollidt; binh lực gồm các quân đoàn xe tăng 48 và 57, sư đoàn xe tăng độc lập 17, Tập đoàn quân 8 Ý, 2 quân đoàn bộ binh Romania và Tập đoàn quân không quân 4. Ngày 12 tháng 12 năm 1942, Cụm tập đoàn quân Sông Đông (Đức) mở Chiến dịch Bão Mùa đông nhằm mở hai hành lang qua vòng vây của quân đội Liên Xô từ hướng Tây và Tây Nam Stalingrad. Tuy nhiên, Cụm quân Hoth phải dừng lại ở hướng Tây Nam trên các tuyến sông Aksay-Esaulovsky và Myskova khi chỉ còn cách cụm quân của tướng Friedrich Paulus trên dưới 40 km. Vấp phải sức phản kích của Tập đoàn quân cận vệ 2 và Tập đoàn quân 51 (Liên Xô), ngày 27 tháng 12, cụm quân Hoth bị đẩy lùi về vị trí xuất phát. Ngày 29 tháng 12, quân Đức phải bỏ Kotelnikovo, rút về hướng Rostov để bảo vệ thành phố này và tránh một nguy cơ bị hợp vây mới.
Ở trung lưu Sông Đông, cuộc tấn công của Cụm tác chiến Hollidt bị bẻ gãy ngay từ đầu bởi đòn phản công thứ hai của Phương diện quân Tây Nam (Liên Xô) do thượng tướng N. F. Vatutin trong Chiến dịch Sao Thổ vào hậu cứ của cụm tác chiến này và uy hiếp cả hậu cứ của Cụm tập đoàn quân Sông Đông. Mặc dù phải điều chỉnh mục tiêu chiến dịch nhưng Phương diện quân Tây Nam đã gần như xóa sổ Tập đoàn quân 8 Ý; đánh tan 2 sư đoàn và 4 trung xe tăng Đức, 1 sư đoàn bộ binh Đức, 5 sư đoàn và 3 trung đoàn bộ binh Ý, 5 trung đoàn bộ binh Romania, loại khỏi vòng chiến đấu tổng cộng 120.000 quân Đức và đồng minh của Đức, bắt 60.000 tù binh, thu 1.900 súng các loại, 176 xe tăng và khoảng 350 máy bay. Trận đột kích vào khu vực Tatsinskaya và Minlerovo do Quân đoàn xe tăng 24 (Liên Xô) thực hiện đã phá hủy nhiều sân bay quan trọng của Tập đoàn quân không quân 4 (Đức), làm suy giảm đáng kể sức tiếp tế đường không cho cụm quân Đức đang bị vây trong khu vực Stalingrad. Những trận pháo kích và ném bom của các tập đoàn quân không quân 8 và 16 vào các sân bay Gumrak, Pitomnik và các sân bay dã chiến trong vòng vây của quân Đức cùng các trận không chiến nhằm vào các máy bay vận tải Đức cũng đã làm kiệt quệ các phi đội vận tải của Tập đoàn quân không quân 4 (Đức). Tất cả những yếu tố trên đây đã đẩy Tập đoàn quân 6 cùng các sư đoàn Đức và Romania trong vòng vây vào một "phiên bản của địa ngục".
Sau khi đánh bại những nỗ lực phá vây của quân đội Đức Quốc xã, ngày 10 tháng 1 nam 1943, quân đội Liên Xô mở lại Chiến dịch Cái Vòng trước đó bị hoãn lại ngày 14 tháng 12. Phương diện quân Sông Đông (Liên Xô) của trung tướng K. K. Rokossovsky được chuyển thuộc các tập đoàn quân 57 và 64 từ Phương diện quân Stalingrad đã sử dụng ba đòn công kích liên tiếp từ Tây sang Đông, tiêu diệt và bắt làm tù binh toàn bộ Tập đoàn quân 6 (Đức) cùng các đơn vị của Quân đoàn xe tăng 14 (Đức) và 2 sư đoàn kỵ binh Romania trong vòng vây gồm trên 285.000 người. Trong số 91.000 người bị bắt có Thống chế Friedrich Paulus (được phong ngày 30 tháng 1 năm 1943) và 24 tướng lĩnh dưới quyền. Quân đội Liên Xô đã phá hủy và thu giữ 5.762 khẩu pháo, 1.312 súng cối, 12.701 súng máy, 80.438 tiểu liên, 156.987 súng trường, 10.722 ô tô, 744 máy bay, 1.666 xe tăng, 261 xe bọc thép, 10.679 mô tô, 240 máy kéo, 571 xe half-track, 3 đoàn tàu hỏa bọc thép và nhiều thiết bị quân sự khác. Những thiệt hại nói trên chưa từng xảy ra đối với nước Đức Quốc xã kể từ ngày đầu chiến tranh thế giới thứ hai. Uy tín về tính bách chiến, bách thắng của quân đội Đức Quốc xã bị tổn hại nghiêm trọng.
Cuộc phản công thắng lợi của quân đội Liên Xô đã biến thành cuộc tổng phản công mùa Đông 1942-1943 trên toàn tuyến mặt trận phía nam Liên Xô, đẩy quân Đức ra khỏi Kavkaz và Kuban, chiếm lại tuyến sông Đông, uy hiếp Donbass, đẩy quân Đức lùi về phía tây từ 250 km (ở trung lưu và thượng lưu sông Đông) đến hơn 700 km (ở Kavkaz). Quân đội Liên Xô chỉ chịu dừng bước trước cuộc phản công đầu mùa hè năm 1943 (Chiến dịch Donets) và bắt tay vào chuẩn bị cho Trận Kursk.