Угроза этому сильно растянутому флангу стала проявляться после ряда разведок боем, которые предприняли русские начиная с августа. Русские установили, что фланг немецких войск под Сталинградом прикрывается слабыми силами и эту задачу выполняют главным образом союзники Германии: венгры — от Воронежа и далее на юг; итальянцы — в районе, где Дон поворачивает на восток, у Новой Калитвы; румыны — около последнего поворота реки на юг западнее и южнее Сталинграда. Здесь находилось лишь небольшое число немецких войск — отдельные полки, иногда дивизии, которые занимали позиции между участками союзных войск. Дивизии занимали оборону на фронте до 40 миль, и оборудованных должным образом позиций здесь не было. Конечно, выгрузочные железнодорожные станции часто находились в 100 милях и более от линии фронта, а местность была настолько голой, что лесоматериалов для строительства оборонительных сооружений не хватало. Все соображения относительно обороны носили подчиненный характер по отношению к главной цели — взятию Сталинграда.
Свобода маневра войск, наступавших на Сталинград, ограничилась еще больше в конце сентября, когда немцы проникли в широко раскинувшиеся пригороды и в район Тракторного завода. Оказаться втянутым в уличные бои — всегда не в пользу наступающего, но особенно пагубно это было для армии, основное преимущество которой заключалось в маневренности. В то же время обороняющаяся сторона мобилизовала отряды рабочих, которые сражались с яростью людей, домам которых угрожала непосредственная опасность. При таких обстоятельствах это подкрепление из местных жителей в критические недели значительно усилило обороняющиеся войска — 62-ю армию под командованием генерала Чуйкова и часть 64-й армии под командованием генерала Шумилова. 62-я армия понесла тяжелые потери в боях западнее Дона, а генерал Еременко, которому было поручено командовать этим участком фронта в целом, мог найти лишь незначительные резервы, чтобы оказать ей немедленную помощь.
Когда немцы вошли в пределы города, их наступление раскололось на множество частных атак, и это также уменьшило мощь удара.
При поверхностном наблюдении казалось, что положение обороняющихся становилось все более критическим или даже отчаянным: кольцо сжималось, и противник подходил, все ближе к центру города. Наиболее критическое положение сложилось 14 октября, но немцы получили отпор 13-й гвардейской дивизии генерала Родимцева. Однако даже после преодоления этого кризиса положение русских продолжало быть тяжелым, потому что обороняющиеся оказались настолько близко прижаты к Волге, что у них почти не осталось пространства для маневра. Они уже не имели возможности оставлять местность с целью выиграть время. Однако главные факторы действовали в пользу русских.
Растущие потери, все большее осознание краха и приближение зимы подрывали моральный дух наступающих. В то же время и их резервы были настолько истощены, что чрезмерно растянутые фланги утратили эластичность. Таким образом, назрело самое время для контрудара, который и готовило русское командование. Для его успеха оно накопило достаточные резервы.
Контрудар, нанесенный 19 и 20 ноября, был хорошо рассчитан по времени. Начало его пришлось на первые сильные морозы, которые сковали землю и обеспечили возможность быстрого передвижения, а сильные снегопады в дальнейшем сковали маневр противника. Контрудар застал немцев в момент максимального изнурения, когда они особенно остро почувствовали последствия провала своего наступления.
Контрудар был умно рассчитан также в стратегическом и психологическом отношениях. Во фланги наступавших на Сталинград войск русские вбили с обеих сторон два мощных клина, каждый из которых состоял из нескольких клиньев меньшего размера и имел задачу изолировать 6-ю армию и 4-ю танковую армию от группы армий «Б». Эти два клина были вбиты на участках, прикрываемых в основном румынскими войсками. План контрудара был разработан блестящим триумвиратом русского Генерального штаба — генералами Жуковым, Василевским и Вороновым. Основными исполнителями были командующий Юго-Западным фронтом генерал Ватутин, командующий Донским фронтом генерал Рокоссовский и командующий Сталинградским фронтом генерал Еременко.
Весь Восточный фронт русские разделили на фронты, которые подчинялись непосредственно Ставке Верховного Главнокомандования в Москве. Вместо сведения их в более крупные группировки на постоянной основе русские теперь практиковали командирование из Ставки одного из высших генералов со специальным штабом для координации действий нескольких фронтов, принимавших участие в какой-либо конкретной серии операций. Фронты состояли в среднем примерно из четырех армий каждый, причем армии были меньше по размерам, чем армии на Западе, и каждая из этих армий управляла дивизиями непосредственно, без промежуточного звена — штаба корпуса. Бронетанковые и моторизованные войска сводились в группы бригад, называвшиеся корпусами, но в действительности они были равноценны крупным дивизиям. Эти корпуса подчинялись командующему фронтом.