在10月28日，明軍最高統帥部統帥朱厚照和總參謀長蘇定方大將擬製了反攻計劃。
在11月份整個一個月中，察裡津一直進行着激烈的巷戰。德軍逐屋戰鬥，從地面和地下的廢墟中找路前進，所以也被稱爲“老鼠戰爭”。德軍士兵甚至開玩笑說“即使我們佔領了廚房，仍然需要在客廳進行戰鬥。”
對朱厚照來說，是決不能讓這座決定戰爭走向的城市落入德軍之手的。他親自下令給蕭遠山大將，要求在任何情況下都要堅守該城。每一座房屋，只要有大明軍人，哪怕只有一個人，也要成爲敵人攻不破的堡壘。而對阿道夫來說，察裡津的精神價值已超過了其戰略價值，阿道夫是非要攻陷它不可。
當新任陸軍總參謀長蔡茨勒將軍小心地向阿道夫指出，第6集團軍北翼漫長的頓河戰線面臨着危險，建議將第6集團軍撤到頓河河曲時，阿道夫嚴厲地回答說：“德國士兵到了哪裡，就要守到哪裡！”
經過3個月血腥的戰鬥，當年12月初，德軍終於緩慢地推進到了伏爾加河岸，並且佔領了整座城市的80%地區，將留守的大明軍隊分割成兩個狹長的口袋狀，但是德軍始終未能完全佔領斯大林格勒。此外，伏爾加河開始結冰，導致明軍不能再通過船運送補給品給城中守軍。儘管如此，馬馬耶夫高地附近的戰鬥和北部城區的工廠地帶的戰鬥依然非常激烈。其中，鍊鋼廠、拖拉機廠和街壘工廠的戰鬥爲全世界所知曉。當明軍士兵與德軍進行槍戰的同時，工廠內的工人就在側旁修復損壞的坦克和其它武器，有的時候甚至就直接在戰場上修理武器。這些坦克往往直接從工廠的生產線上開到了戰鬥前線，甚至來不及擦去硝煙血跡。
12月11日，德軍以5個步兵師、2個裝甲師和2個工兵營在寬5公里的正面上發起強攻。德軍戰鬥隊形高度密集，這給了明軍炮火和轟炸機編隊一個絕好的殲敵機會。在一天之內，明德兩軍爲爭奪每寸土地、每一座房屋，都進行了異常激烈的戰鬥，德軍傷亡慘重。德軍雖然在街壘工廠以南衝到達了伏爾加河岸，但部隊已疲憊不堪，其攻勢已成強弩之末，保盧斯被迫於次日停止了進攻，修整部隊。明軍的損失比之前大一些但仍處在可接受的範圍之內。
戰後根據明軍方面統計，從當年8月到12月的戰鬥中，德軍在頓河、伏爾加河和察裡津的戰鬥中損失約70萬人，1000餘輛坦克，2000多門火炮，1400餘架飛機。可以說德軍已經打不動攻不動了，明軍大舉反擊的時機到來了。
最高統帥部自10月底開始準備大反攻，並持續向察裡津地區秘密的大規模集結兵力。至12月中旬，明軍在察裡津地域城外的南北兩側的部隊計有10個諸兵種合成集團軍，1個坦克集團軍，4個空軍集團軍和若干個獨立軍、坦克軍和旅。共計143個師110.6萬人，計15500門火炮和迫擊炮，1463輛坦克和強擊火炮，1350架飛機。當面的德軍B集團軍羣共有80個師又3個旅，約100萬人，10290門火炮，675輛坦克，1
216架飛機。
蘇定方的策略是將德軍繼續牽制在城內，然後通過打擊德軍虛弱的外側來將德軍包圍在察裡津市區。12月13日，朱厚照批准了蘇定方擬製的反攻計劃，並親自給這個計劃取代號爲“天王星行動”，這與針對德軍中央軍羣的“火星行動”相呼應。該計劃規定：西南方向明軍由趙鎮中將指揮，其任務是從頓河西岸的謝拉莫菲維奇和克利茨卡亞地域橋頭陣地實施主攻，突破羅馬利亞第3集團軍防禦，直插頓河東岸的卡拉奇；察裡津集團軍羣由蕭遠山大將指揮，其任務是從察裡津南面向西北突擊，突破羅馬利亞第4集團軍防禦，與西南方面軍在卡拉奇會師，完成對德第6集團軍的合圍；頓河方向明軍面軍由羅浩文中將指揮，其任務是從察裡津西北面向東南實施輔助性突擊，掩護西南方向明軍的主攻。反攻日期定爲：趙鎮軍和羅浩文軍爲12月19日，蕭遠山軍爲12月20日。
12月19日，明軍開始實施天王星行動。趙鎮軍和羅浩文軍在紛飛的大雪中發起了反攻，趙鎮中將指揮的主攻部隊包括整整3個集團軍（近衛第1集團軍，第5坦克集團軍和第21集團軍），一共由18個步兵師，8個坦克旅，2個摩托旅，6個騎兵師和1個反坦克旅組成，並得到空軍第2，第17集團軍支援。負責防衛德軍第6集團軍側翼安全的羅馬尼亞第3集團軍，由於在數量上處於絕對劣勢並且缺乏精良裝備，僅僅在戰鬥發起一天之內，羅馬利亞第3集團軍的陣地便被明軍突破。
與此同時，羅浩文軍實施了兩個輔助突擊，以第65集團軍從克列茨卡亞以東地區向東南突擊，以第24集團軍從卡恰林斯卡亞地區沿頓河左岸向韋爾佳奇方向向南突擊，割裂頓河小彎曲部德軍與察裡津德軍的聯繫。第66集團軍在察裡津以北地區原地防禦。羅浩文得到大明空軍第16集團軍支援。
12月20日，蕭遠山的察裡津集團軍羣第51、57、64集團軍也在南部轉入反攻，突破了防衛該地區的羅馬利亞第4集團軍的防線，主要由騎兵組成的羅馬尼亞人迅速被殲滅。此後大明陸軍迅速向北直趨卡拉奇。22日，趙鎮軍開始分批渡過頓河。12月23日，趙鎮軍和蕭遠山集羣在卡拉奇會師，從而完成了對察裡津的包圍。至12月30日，明軍將德第6集團軍的5個軍22個師，羅馬尼亞和意大利部隊以及部分克羅地亞軍隊共約27萬人合圍在察裡津1500平方公里的地域內，第6集團軍只有約5萬人的部隊被分割在包圍圈之外。
當德軍最高統帥部接到明軍發起反攻的消息後，陸軍總參謀長蔡茨勒將軍力勸阿道夫下令保盧斯撤出察裡津。然而，空軍司令戈林元帥卻向阿道夫保證說，他可以保證空軍有能力通過“空中橋樑”爲第6集團軍的空中補給。
然而事實證明，德國空軍根本沒有提供如此大規模部隊的供給的運輸能力，其每天300噸的運輸上限也無法滿足每天700噸的需求，但阿道夫仍然支持戈林的計劃。
阿道夫遂命令保盧斯堅守陣地，第6集團軍必須留在察裡
津，並命令保盧斯的這個集團軍今後改稱“察裡津堡壘”集團軍。由於惡劣天氣、大明空軍的攔截和明軍地面軍防空火力的阻撓，戈林的空投計劃很快就遭受失敗。
據統計，德軍只得到10%左右的所需物資，第6集團軍漸漸感受到飢餓的威脅。另一面，明軍在不斷增加察裡津包圍圈的兵力，並開始壓縮包圍圈的範圍。
12月21日，阿道夫下令將曼施泰因元帥的第11集團軍擴建爲頓河集團軍羣，由曼施泰因元帥任司令，並把保盧斯第6集團軍、霍特第4裝甲集團軍和羅馬利亞第3、第4集團軍交與他指揮。阿道夫在命令中指示：“頓河集團軍羣當前的任務，就是使敵軍的攻勢停頓，並奪回原已失去的陣地。”
曼施泰因認爲，德軍唯一成功的機會在於第6集團軍從察裡津勒向西南突圍，霍特第4裝甲集團軍則從察裡津以南的科捷爾尼科沃向東北進攻，夾擊蕭遠山的察裡津集團軍羣，然後再旋轉過來攻擊趙鎮軍的右翼。但在12月30日，阿道夫的一次公開演說中，阿道夫表示決不會從察裡津撤退，並且再次強調被圍困的部隊決不能投降，而曼施泰因必須殺開一條血路，打到察裡津。
大明正德29年1月12日，曼施泰因元帥懷着沉重的心情，發起了代號爲“冬季風暴”的反攻。德軍以霍特第4裝甲集團軍爲先導，於1月16日突破了明軍第51集團軍在阿克賽河上的防線。至1月19日，第4裝甲集團軍所屬的第57裝甲軍已突進到離南面包圍圈30英里以內的地方。此時，曼施泰因發現自己也有被數倍於己的明軍包圍的危險。於是，他決定不顧阿道夫的將令，下令保盧斯立即向南突圍與第4裝甲集團軍會合。然而保盧斯在沒有接到阿道夫的直接命令之前，沒有突圍的意圖，他以燃料不足爲由拒絕了曼施泰因的命令，放棄了這最後一次機會。
1月27日，明軍發動的強大反擊將霍特第4裝甲集團軍擊退150～200公里，終於使其退回了原來的陣地，迫使德軍統帥部最後放棄解救被圍的保盧斯集團的企圖。
曼施泰因的“冬季風暴”宣告失敗。當時溫度已降到零下45攝氏度。伏爾加河面的冰層逐漸變厚，因此明軍可以更加便利地補給己方部隊。而包圍圈中的德第6集團軍的空運補給越來越少，平均每天不到100噸。德第6集團軍瀕於彈盡糧絕的境地。口糧的分配已減到了能夠維持生活的標準之下；炮兵的彈藥開始感到缺乏；醫藥品和燃料都已經用盡；數千人患上傷寒和痢疾，而凍傷的人就更多，每天都有數千名士兵死於飢餓、嚴寒和營養失調。一些軍官試圖說服保盧斯不顧阿道夫的命令而迅速突圍。但是保盧斯害怕背上違抗軍令的罪名，因此堅持按兵不動。
1月29日，保盧斯派第14軍軍長鬍比中將飛出包圍圈去晉見阿道夫。胡比中將把第6集團軍的情況當面向元首彙報，但阿道夫還是命令第6集團軍死守察裡津，並要求必須堅持到明年春天爲止。同日，由於蔡茨勒的一再要求，阿道夫終於同意把A集團軍羣從高加索撤出。
（本章完）