Üç haftalık sürede, 111 bin asker, 420 tank ve 556 top, Stalingrad Cephesi taarruz gücünü takviye etmek amacıyla Volga'nın batı kesimine, geçirilmiştir. Kızıl Ordu ve Kızıl Hava Kuvvetleri bir milyonun üzerinde asker, 13,500 top, 890 tank ve 1,100 uçağı bir araya getirildi. Bu kuvvetler 66 piyade tümeni, 5 tank kolordusu, 14 tank tugayı, bir mekanize tugay, bir süvari kolordusu ve 127 top ve havan alayı oluşturmaktadır. Stalingrad üzerinde kuşatma tamamlanırken Stavka, 28. ordu ile 51. ordu'yuf kuşatmanın dış çemberine konuşlandırmıştı. 51. Ordu 34 bin kişilik ve 77 tankı olan bir kuvvettir. Onun hemen güneyinde pozisyon almış olan 28. Ordu ise 44 bin kişilik, 40 tankı, 707 top ve havanı olan bir teşkildi. Aynı zamanda Satürn Harekâtı kuvvetlerini oluşturulmaya başlandı. Bu harekâtta amaç, Kafkasya'da ilerlemekte olan Alman A Ordular Grubu'nun tecrit etmek ve daha sonra da imha etmekti.

Taarruzun ana gücünü oluşturan 57. Panzer Kolordusu'nun 6. Panzer Tümeni, Kotelnikovo'ya 27 Kasım'da gelmeye başladı. Tümen'in trenden inan ilk unsurları derhal kasaba civarındaki Sovyet kuvvetlerine karşı muharebeye sürüldü. Zaten bu sırada istasyon bombalanmaktaydı. Tümen'in büyük bölümü Kotelnikovo civarındaki toplanma bölgesine 4 Aralık tarihinde ulaşmış bulunmaktadır. Bu süre içinde, bir dizi direnek noktalarını da içeren 20 km. derinlikte bir savunma düzeni kurulmuştur. Bu savunma hatlarına karşı ilk Sovyet taarruzu 1. Süvari Tümeni tarafından 5 Aralık'ta gerçekleştirildi. Sonraki birkaç gün içinde Tümen'in diğer unsurları bölgeye ulaşırken Sovyet taarruzu da kırıldı ve 23. Panzer Tümeni'nin izleyen unsurları da Sal Nehri gerisinde tertiplendiler.
Kış Fırtınası Harekâtı, 12 Aralık 1942 tarihinde General Hoth'un 4. Panzer Ordusu'na bağlı 57. Panzer Kolordusu tarafından, Kotelnikovo köprübaşından kuzeydoğu yönündeki taarruzla başlatıldı. Bu taarruz Kızıl Ordu savunması yönünden sürpriz bir saldırı olmuştu ve 6. Panzer Tümeni ile 23. Panzer Tümeni, Sovyet 51. Ordu'sunun geri hatlarını tehdit eder biçimde geniş bir girme sağladılar. Alman taarruzuna bir Tiger I ağır tank taburu öncülük etmiştir. Bazı birlikler ilk günde 50 km. ilerlemeyi başardılar. Panzerler Aksay Nehri savunmasını taarruzun ilk günü sonu itibarıyla geçmişlerdir. Alman Komutanlığı sürpriz faktörünü kullanmıştı. Stavka, bu kadar yakın bir tarihte bir karşı taarruz beklemiyordu. General Vasilevski, von Manstein'in ileri unsurlarını durdurmak için 2. Muhafız Ordusu'nu kısa sürede emrine alamadı. Başlangıçtaki Alman ilerlemesi öylesine hızlıydı ki, 6. Panzer Tümeni, bir kısım Sovyet top bataryalarını sağlam olarak ele geçirmişti. 6. ve 23. Panzer Tümenleri Sovyet piyadesinin büyük kısmını yenilgiye uğrattıktan sonra Sovyet direnci de belirgin bir biçimde zayıflamıştır. Aslında 51. Ordu'nun 302. Piyade Tümeni mevzileri 12 Aralık'ta ele geçirildi. Sovyet piyadesinin, Alman ilerleme hattı üzerindeki köyleri hızla takviye etmesine karşın süvari, haftalar süren muharebelerden bitkin durumdaydı ve bu nedenle Alman ilerlemesi karşısında ciddi bir direnme gösteremedi. Başlangıçtaki parlak başarılara karşın 57. Panzer Kolordusu kesin sonuç elde edemedi. 23. Panzer Tümeni'nin de, taarruzun ilk günlerinde sağladığı ilerlemeye karşın ağır bir baskıyla karşılaştığı yönünde raporlar mevcuttur. Yine de Aksay Nehri ile Mişkova Nehri arasındaki 25–30 km.lik bozkırda Kızıl Ordu direncine karşın ardı ardına iki Sovyet savunma hattını von Manstein kuvvetleri ilerlemeyi sürdürmüştür.

Çir Nehri kesiminde Alman savunmasını kırmak için harekete geçirilen 5. Tank Ordusu ile 6. Panzer Tümeni, 13 Aralık'ta muharebeye girmiştir. Alman kuvvetleri Sovyet kuvvetlerini geri atmıştır. Bu çatışmalarda kullanılan Sovyet alev makineli KV-8'lerin, -ki, Stalingrad sokak çatışmaları için tasarlanmıştı- Alman Panzer-IV'lere denk bir silah olmadığı da ortya çıkmıştır. Öte yanda panzerler yeniden Aksay Nehri geçişlerini zorlamaya başladı. Bu nehir geçişinde, Verkhne-Kumski köyü civarında büyük bir zırhlı muharebesi başladı. Sovyet 51. Ordu'su ve General Şapkin'in süvari kolordusu Mişkova Nehri gerisine çekilmek zorunda kaldı. Ancak Kızıl Ordu'nun uğradığı tank kayıpları, 6. Panzer Tümeni'ne, daha sonra Verkhine-Kumski civarında hafif bir tank üstünlüğünden yararlanma olanağı vermiştir. Kızıl Ordu, kasabayı ele geçirmek için bir dizi karşı taarruz başlatmıştır. Alman köprübaşına ve kasabadaki savunmaya karşı girişilen bu karşı taarruzlar, 12 - 15 Aralık tarihleri arasında üç gün boyunca süren şiddetli çatışmalara yol açtı. Alman savunması Verhni Kurnski'de ustaca yerleştirilmiş tanksavar toplarıyla Sovyet zırhlılarını imha etmeyi başarmıştır.

Özellikle 15 Aralık günü çatışmaları oldukça şiddetli cereyan etti ve muharebenin avantajı sık sık taraf değiştirdi. Gün sonunda Alman birlikleri kasabayı tahliye ettiyse de Sovyet birlikleri de oldukça ağır zayiat vermişti. Ertesi gün girişilen Alman taarruzu, Sovyet piyadesinin, boy çukurlarında panzerlerin geçişine kadar gizlenip, geriden gelen piyadeyi ateş altına almasıyla başarısız oldu, kasabanın güneybatısındaki tepeler hattı ele geçirilemedi. Ertesi gün yenilenecek taarruzu takviye edecek birlikler gece boyu bölgede toplandı. Taarruz gün içinde ilerleme sağladıysa da kasabadaki Kızıl Ordu direnişi, ancak gece yapılan sürpriz bir baskınla kırıldı ve 17 Aralık'ta kasaba Alman birliklerinin kontrolüne geçti.

Luftwaffe'nin yoğun desteğiyle Alman kuvvetleri bölgesel bir başarı elde etmişlerdi ve Mişkova Nehri yönünde hücumlarını sürdürdüler. Bu arada 6. Panzer Tümeni de ağır kayıplara uğramıştı. Bu nedenle bütünleme için kısa bir süre hareketsiz kalmıştır. Tanklardaki küçük çaplı hasarlar onarıldı ve çatışmalar sırasında muharebeden çekilmek zorunda kalan tankların büyük bir bölümü yeniden muharebeye girebilecek duruma getirildi.

Abganerovo yönünde doğuya ilerleyen 6. Panzer Tümeni, Sovyet 7. Tank Kolordusu'nun bu kesimdeki unsurlarını hızla doğuya çekilmek zorunda bıraktı. Bu olay, 23. Panzer Tümeni'nin Aksay Nehri geçişlerine taarruz etmesine olanak sağlamıştır. 17. Panzer Tümeni ise, 44 tanklık zırhlı gücüyle 17 Aralık'ta Verhniy Kumskiy civarına gelmeye başladı. Tümen, Aksay Nehri'ni Generalovski bölgesinde geçti ve Sovyet 13. Mekanize Kolordu'sunun çekilen birliklerini izlemek için kuzey yönünde hareketine devam etti. 6. ve 23. Panzer Tümenleri de kuzeye, Mişkova Nehri yönünde ileri harekete devam ettiler. Nehre 19 Aralık'ta ulaşıldı.

Alman köprübaşını imha etmek üzere harekete geçen 2. Muhafız Ordusu, 1., 13. Muhafız Piyade Kolordusu ve 3. Muhafız Mekanize Kolordusu'ndan oluşmaktadır. Bu kuvvetler daha sonra 7. Tank Kolordusu, 4. Mekanize Kolordu ve 4. Süvari Kolordusu ile takviye edilmişti. Daha da kötüsü 18 Aralık'ta Stavka Küçük Satürn Harekâtı'nı başlatmış ve Mareşal von Manstein kuvvetlerinin durumunu kötüleştirmişti. Aşağı Çir Nehri kesimindeki bu durum, 48. Panzer Kolordusu'nun bu bölgeye gönderilmesini gerektirmekte, Stalingrad kurtarma girişiminin bir parçası olmaktan çıkması yönünde gelişmektedir.

4. Panzer Ordusu'nun taarruzu Stavka'yı, Satürn Harekâtı ile ilgili planlarını yeniden gözden geçirmeye zorlamıştır. General Vasilevski Alman saldırısı 12 Aralık sabahı kendisine rapor edildiğinde elindeki kuvvetlerin, özellikle topçu ve zırhlı olarak, von Mareşal von Manstein'in taarruzunu durdurmakta yetersiz kalacağını hemen anlamıştı. O saatlerde 51. Ordu Karargahı'ndaydı ve Stalin'le telefon teması olanağı yoktu. Bunun üzerine Don Cephesi Komutanı General Rokosovski'yi arayarak 2. Muhafız Ordusu'nun kendi emrine verilmesini istedi. General Rokosovski bu öneriye kesin olarak karşı çıkmıştır. General Vasilevski ancak akşam saatlerinde Stalin'le görüşme olanağı bulabildi ve 13 Aralık sabahı 05:00 dolaylarında söz konusu ordunun emrine verileceği bilgisi kendisine iletildi. Ancak bu teşkil, 15 Aralık'ta Stalingrad Cephesi emrine girecek ve Alman taarruzuna karşı kullanılacaktır. Üç muhafız kolordusundan oluşan (1., 2. ve 13. Kolordular) 2. Muhafız Ordusu, 90 bin kişilik bir kuvvettir. Satürn Harekâtı, daha dar operatif hedefli olarak Küçük Satürn Harekâtı kapalı adıyla yeniden yapılandırdı. Harekâtın operatif hedefi İtalyan 8. Ordu'sunu dağıtarak Alman Don Ordular Grubu'nun gerisine sarkmaktı. Buna bağlı olarak da taarruzun genel istikameti güneyden güneydoğuya değiştirildi. Ayrıca harekâtın başlama tarihi 16 Aralık'a ertelendi. Bu arada 4. Mekanize Kolordu ve 13. Tank Kolordusu, Aksay Nehri kesimindeki Alman kuvvetlerine karşı taarruzuna devam etmiştir. Bu taarruzun amacı, Alman kuvvetlerinin ilerlemesini, 2. Muhafız Ordu'nun bölgeye ulaşıp muharebeye katılması anına kadar önlemektir.

Sovyet 1. Muhafız Ordusu ve 3. Muhafız Ordusu 6. Ordu'ya bağlanarak Küçük Satürn Harekâtı'nı 16 Aralık 1942 tarihinde başlattı. Kızıl Ordu başlangıçtaki tersliklere karşın İtalyan Ordu'su mevzilerini 18 Aralık'ta işgal etti. Rostov kenti 3. Muhafız Ordusu tarafından tehdit edilmesiyle Don Ordular Grubu'nun da sol kanadı tehdit altına girmiş oldu. Bu Sovyet karşı taarruzunun yol açtığı tehdit, diğer yandan da Mişkova Nehri geçişlerinde Alman zırhlı tümenlerinin uğradıkları ağır kayıplar von Manstein'i, taarruza devam edip etmemek konusunu yeniden gözden geçirmek zorunda bırakmıştır. Hem sol kanatta savunma yapmak hem de Stalingrad yönünde ileri hareketi sürdürmek için yeterli kuvvet de yoktur. Alman 6. Panzer Tümeni'nin 19 Aralık akşamı Mişkova Nehrini geçmeyi başarmasına karşın 57. Panzer Kolordusu, 17. Panzer Tümeni'nin desteğiyle bile artan Sovyet direnci karşısında belirgin bir ilerleme sağlayamamıştı. Bu durumda panzer kolordusunun savunmaya çekilmek zorunda kalacağı görülüyordu. Bu arada Sovyet zırhlı birliklerinin Stalingrad'ın havadan ikmalinde Luftwaffe tarafından kullanılan Tatsinskaya'daki havaalanına karşı giriştiği Tatsinskaya Baskını, beklenmedik ağır bir darbe oldu. Birkaç düzine uçağın imha olması, çok sayıda pilot ve yer personelinin ölmesi dışında, von Manstein'in Stalingrad yönündeki taarruzu desteklemek için kullanabileceği 48. Panzer Kolordus