经过3个月血腥的战斗至1942年11月初，德军终于缓慢地推进到了伏尔加河岸，并且占领了斯大林格勒整座城市的80%地区，将留守的苏联军队分割成两个狭长的口袋状，但德军始终未能完全占领斯大林格勒。
苏联红军就在兵工厂外与德军战斗，打坏了的武器立即送到身后的兵工厂，兵工厂工人修复再拿出来作战，工人就在侧旁修复损坏的坦克和其它武器，有的时候甚至就直接在战场上修理武器。坦克由工厂的工人志愿驾驶坦克。这些坦克往往直接从兵工厂的生产线上开到了战斗前线，甚至来不及涂上油漆和安装『射』击瞄准镜。
1942年11月11日，德军以5个步兵师、2个装甲师和2个工兵营在宽5公里的正面上发起强攻。战斗队形高度密集。一天之内，苏德两军为争夺每寸土地、每一座房屋，都进行了异常激烈的战斗，双方伤亡惨重。德军虽然在街垒工厂以南冲到达了伏尔加河岸，但部队已疲惫不堪，其攻势已成强弩之末，保卢斯被迫于次日停止了进攻，修整部队。苏联红军的损失同样严重。第62集团军的两个师损失了75%的兵员。
据统计。从1942年7月到1942年11月的战斗中，德军在顿河、伏尔加河和斯大林格勒的战斗中损失约70万人，1000余辆坦克，2000多门火炮。1400余架飞机。
冬季来临了。德军装甲部队遇到了可怕的冬季寒『潮』。许多坦克都发动不了，被迫停在原地。
1942年11月20日，叶廖缅科的斯大林格勒方面军第51、57、64集团军也在南部转入反攻。突破了防卫该地区的罗马利亚第4集团军的防线，主要由骑兵组成的罗马尼亚人迅速被歼灭。此后苏联红军迅速向北直趋卡拉奇。22日，西南方面军开始分批渡过顿河。1942年11月23日，西南方面军和斯大林格勒方面军在卡拉奇会师，从而完成了对斯大林格勒的包围。至1942年11月30日，苏联红军3个方面军将德第6集团军的5个军22个师，罗马尼亚和意大利部队以及部分克罗地亚军队共约27万人合围在斯大林格勒1500平方公里的地域内，第6集团军只有约5万人的部队被分割在包围圈之外。
形势对于德军来说直转急下，此时斯大林格勒的德军几乎成了瓮中之鳖，当德军最高统帅部接到苏联红军发起反攻的消息后，陆军总参谋长蔡茨勒将军力劝希特勒下令保卢斯撤出斯大林格勒。然而，空军司令戈林元帅却向希特勒保证说，他可以保证空军有能力通过“空中桥梁”为第6集团军的空中补给。事实证明德国空军根本没有提供如此大规模部队的供给的运输能力，其每天300吨的运输上限也无法满足每天700吨的需求。
据统计，德军只得到10%左右的所需物资，第6集团军渐渐感受到饥饿的威胁。另一面，苏联红军在不断加强对斯大林格勒的包围圈，并开始缩小包围圈的行动。
1942年11月21日，希特勒下令将曼施泰因元帅的第11集团军扩建为顿河集团军群，由曼施坦因元帅任司令，并把保卢斯第6集团军、霍特第4装甲集团军和罗马利亚第3、第4集团军交与他指挥。
1942年11月30日，希特勒在一次公开演说中表示决不会从斯大林格勒撤退，并且再次强调被围困的部队决不能投降，而曼施坦因必须杀开一条血路，打到斯大林格勒。
1942年12月12日，曼施泰因元帅怀着沉重的心情，发起了代号为“冬季风暴”的反攻。德军以霍特第4装甲集团军为先导，于1942年12月16日突破了苏联红军第51集团军在阿克赛河上的防线。
此时，曼施坦因发现自己也有被数倍于己的苏联红军包围的危险。于是，他决定不顾希特勒的将令，下令保卢斯立即向南突围与第4装甲集团军会合。然而保卢斯在没有接到希特勒的直接命令之前，没有突围的意图，他以燃料不足为由拒绝了曼施坦因的命令，放弃了这最后一次机会。
1942年12月27日，苏联红军发动强大反击将霍特第4装甲集团军击退150～200公里，终于使其退回了原来的阵地，迫使德军统帅部最后放弃解救被围集团的企图。曼施泰因的“冬季风暴”宣告失败。
当时温度已降到零下45摄氏度。伏尔加河面的冰层逐渐变厚，因此苏联红军可以更加便利地补给己方部队。而包围圈中的德第6集团军的空运补给越来越少，平均每天不到100吨。德第6集团军濒于弹尽粮绝的境地。口粮的分配已减到了能够维持生活的标准之下；炮兵的弹『药』开始感到缺乏；医『药』品和燃料都已经用尽；数千人患上伤寒和痢疾，而冻伤的人就更多，每天都有数千名士兵死于饥饿、严寒和营养失调。一些军官试图说服保卢斯不顾希特勒的命令而迅速突围。但是保卢斯害怕背上违抗军令的罪名，因此坚持按兵不动。
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