19—20 ноября 1942 г. войска Юго-Западного, Донского и Сталинградского фронтов перешли в контрнаступление, в ходе которого была окружена и затем уничтожена 330-тысячная группировка войск противника. Действия наших войск отличались высокой маневренностью, быстрым продвижением вперед. Во фронты поступали свежие резервы. Причем в этот период некоторые оперативные объединения не полностью имели положенные по штату органы тыла. Так, на котельниковское направление форсированным маршем выдвигалась 2-я гвардейская армия, а ее склады были на пути к станции Камышино. 5-я ударная армия вообще не имела своих складов и снабжалась через склады соседних армий. Чтобы не сорвать обеспечение войск в чрезвычайно сложной боевой обстановке, когда противник пытался деблокировать свои армии, окруженные в Сталинграде, пришлось широко привлекать для подвоза боеприпасов и горючего войсковой транспорт, а также значительную часть строевых автомашин и ремонтных летучек. Однако необходимое количество боеприпасов и горючего невозможно было своевременно доставить войскам по грунтовым дорогам. Тогда Ставка Верховного Главнокомандования выделила две авиадивизии транспортных самолетов, которые доставляли грузы по воздуху.
Запасы материальных средств, заблаговременно созданные вблизи переднего края и на правом берегу Волги, в целом обеспечили потребность войск в первые дни наступления. В последующем снабжение фронтов осуществлялось с центральных баз и складов через фронтовые и армейские склады. Для подвоза использовались все виды транспорта, усилия которых координировались штабами тыла. Работникам тыла активно помогали командиры всех степеней, выделяя в необходимых случаях людей и транспорт. Большое внимание вопросам снабжения войск уделяли члены военных советов армий, заместители командиров соединений и частей по политчасти.
В ходе контрнаступления было израсходовано значительное количество материальных средств. Расход боеприпасов с 19 ноября 1942 г. по 2 февраля 1943 г. на трех фронтах (Донской, Сталинградский, Юго-Западный) составлял в среднем 60 вагонов в сутки (около 1200 т). Юго-Западный фронт ежесуточно расходовал 0,35 заправки автобензина, Донской и Сталинградский фронты — по 0,24 заправки.
Немецко-фашистские войска при отходе разрушали коммуникации, уничтожали промышленные предприятия и транспортные средства. На железных дорогах противник подрывал рельсы, уничтожал искусственные сооружения, служебно-технические здания, связь, водоснабжение. Требовалось принимать срочные меры и уделять особое внимание восстановлению железных дорог. Железнодорожники трудились поистине героически. Например, на Сталинградском фронте они за 12 дней восстановили линию Сарепта — Котельниково протяжением 144 км, благодаря чему улучшилось снабжение войск. Восстановителям большую помощь оказывало местное население.
В этот период работы тыла Советской Армии и железнодорожного транспорта органически переплелась в единую систему. Нарком путей сообщения, начальник Тыла Советской Армии генерал А. В. Хрулев постоянно общался с руководителями промышленных наркоматов, ответственными за военные поставки, с начальниками центральных управлений Наркомата обороны, членами военных советов и начальниками тыла фронтов, заслушивал доклады начальника штаба Тыла генерала М. П. Мидовского, главного интенданта генерала П. И. Драчева, начальников снабжения родов войск. Тут же принимались и передавались исполнителям конкретные решения.
Разгром врага на Волге, положивший начало коренному перелому в ходе Великой Отечественной войны и всей второй мировой войны, убедительно подтвердил ленинское положение о том, что крепкий организованный тыл является одним из решающих факторов, определяющих ход и исход операций, военных кампаний и войны в целом. Труженики советского тыла дали фронту все необходимое для победы: прекрасную боевую технику, вооружение, боеприпасы, горючее, продовольствие и другие материальные средства. Работники же стратегического, оперативного и войскового тыла сделали все, чтобы бесперебойно питать ими войска.
Почти одновременно с грандиозным сражением между Волгой и Доном развернулась битва за Кавказ, которая началась летом 1942 г. и длилась до осени 1943 г. Она была сложной и трудной как для войск, так и для тыла фронтов. Тыловым органам приходилось преодолевать значительные трудности, связанные с удаленностью театра военных действий от центральных районов страны. Боевая техника для Закавказского фронта по планам центра доставлялась по железной дороге к портам Гурьев и Красноводск, далее по Каспийскому морю до Баку, затем снова по железной дороге или своим ходом до пунктов назначения. Этот путь был слишком длинным (до Красноводска приходилось везти грузы через Ашхабад) и долгим (в один конец 20–30 суток). Поэтому завершение строительства и ввод в эксплуатацию в августе 1942 г. железнодорожного участка Астрахань — Кизляр протяженностью 348 км улучшило доставку военных грузов на Кавказ.