ウラヌス作戦
ソビエト赤軍がスターリングラードで11月20日に攻撃を開始する間、ドイツ第6軍北方に配置されていたソビエト第65軍はドイツ第11軍団に圧力をかけていた。一方、ソビエト第3親衛騎兵軍団がドイツ軍後部に回りこむ間に、ソビエト第4戦車軍団はドイツ第11軍団を通り越して進撃していた。ドイツ第376歩兵師団とオーストリア第44歩兵師団は配置転換されたが、燃料が欠乏したため、その多くが失われた。
ソビエト赤軍の怒涛の攻撃による損害に苦しまされつつも対戦車砲兵隊が踏ん張り、第14装甲師団の残存部隊はソビエト第3親衛騎兵軍団の側面を撃破した。2日末までに、ソビエト第26戦車軍団がスターリングラード北西130kmにあるペレリゾフスキー(Perelazovsky)の町を占領していた。その一方で、ソビエト第1戦車軍団は退却していたドイツXLVIII装甲軍団を追撃していた。
ドイツ軍はソビエト赤軍に最大50kmの侵攻を許したまま、戦いは11月21日も続いた。この時までにソビエト赤軍がドイツ第4装甲軍と第6軍の側面を包囲しつつあり、北方のルーマニア残存部隊は包囲され殲滅され、短時間の反撃を行ったドイツ第22装甲師団は、戦車中隊と同じようなレベルの戦力と化し、南西に撤退せざるを得なくなった。
ウラヌス作戦により、200,000から250,000名のドイツ将兵が東西40km、南北50kmの地点に閉じ込められた。包囲の中には2個ルーマニア師団、クロアチア歩兵連隊を含む第6軍と4個軍団、1個装甲軍団を含む第4装甲軍が存在、さらには、戦車100両、砲門2,000門、トラック10,000台も含まれていた。スターリングラードへの撤退により、退却路にはヘルメット、武器などが散乱しており、破壊された大型武器は道路脇に放置されていた。ドイツ軍及び同盟軍は厳しい冬空の中、急いで東へ退却したため、ドン川を渡る橋は渋滞を起こしていたが、彼らはソビエト赤軍の攻撃から逃れようと足掻いていた。多くの負傷者が路上に放置され、そのため、車両に踏み潰されることがあった。さらに凍った川を渡ろうとして失敗、溺れ死ぬものも続出した。 空腹を抱えた兵士はロシアの村を襲い、食料を略奪した。最後の部隊が退却した11月24日、ドイツ第6軍と第4装甲軍からソビエト赤軍を切り離すために橋が落とされた。
第6軍は混乱の中、防衛線を築き始めたが、燃料、弾薬、食料の不足により中々進まなかった。さらにルーマニア軍が崩壊したことにより生じた戦線の空白を埋めることも行わなければならなかった。11月23日、いくつかのドイツ軍部隊はスターリングラード北端へ退却を行ったが、追撃に使用される恐れのある設備は破壊した。しかし、それらの部隊は同時に、冬用施設、設備を放棄しており、ソビエト赤軍第62軍はドイツ第94師団を殲滅、師団の残存兵は第16装甲師団と第24装甲師団に配属された。