Сталинградский фронт главный удар готовился нанести из района Сарпинских озер, в связи с чем на правом берегу Волги в районах Красноармейска, Райгорода, Светлого Яра, Каменного Яра, Солодники были развернуты группы полевых госпиталей и передовые фронтовые склады.
В результате напряженной работы личного состава тыла к началу контрнаступления в войсках, на армейских и фронтовых складах были созданы минимально необходимые запасы материальных средств. В целом они были меньше установленных норм, но при правильном их эшелонировании и целесообразном использовании надежно обеспечивали войска ударных группировок. Максимальное количество боеприпасов, горючего и других материальных средств сосредоточивалось в войсках и армейском тылу, и лишь минимум их оставался на фронтовых складах (например, боеприпасов всего 0,2–0,5 боекомплекта).
Подготовка тыла к операции проводилась скрытно. Задачи до исполнителей доводились устно, подвоз материальных средств, передвижение личного состава осуществлялись в темное время суток. В результате потери в тыловых соединениях, частях и учреждениях в этот период были незначительными, противнику не удалось установить подготовку войск к контрнаступлению.
Накопив крупные стратегические резервы войск, после создания необходимого количества запасов материальных средств фронты перешли в контрнаступление.
Основное место в операции отводилось трем фронтам, наносившим удар с севера — Юго-Западному и Донскому и наступавшему с юга — Сталинградскому.
Утром 19 ноября 1942 г. в 7.30 на северном участке прорыва загрохотали 3500 орудий. В течение мощной восьмидесятиминутной артподготовки оборона врага была подавлена, и войска пошли в атаку. На следующий день в наступление перешел Сталинградский фронт. В операции участвовало небывалое по тому времени количество артиллерии — более 15 000 орудий, минометов и реактивных установок. Это в два раза больше, чем в битве за Москву. Здесь в полном объеме было организовано артиллерийское наступление, более видную роль играл «огневой вал». Артиллерия четко наступала вместе с пехотой и танками, непрерывно сопровождая их огнем в течение всего наступления. Недостатка в снарядах не было, они подавались на огневые позиции бесперебойно.
На пятые сутки наступления советские войска соединились в районе г. Калач, замкнув в кольце окружения 330-тысячную группировку вражеских войск (22 дивизии и около 160 отдельных частей и подразделений), и по свидетельству А. М. Василевского, это оказалось неожиданностью для Верховного Главнокомандования. Предполагалось, что в окружение попадет 85–90 тыс. человек