和克列茨卡亚，向德军第6军团薄弱左翼上的罗马尼亚第3军团发起进攻，11月20日，南面叶廖缅科的斯大林格勒方面军第51、57、64集团军，在查查湖和巴尔曼查克湖之间向罗马尼亚第4军团发动强大的攻势。两路大军向德军第6军团深远后方卡拉奇疾进，于11月23日下午在卡拉奇会师，保罗斯军团的22万人陷入重围。希特勒立即从列宁格勒调回曼斯坦因，以他的11军团司令部为班底，组成“顿河集团军群”司令部，统一指挥斯大林格勒地区的几个军团。面对合围，蔡茨勒竭力主张保罗斯率部立即向西南突围，希特勒几乎已被说服，但被冷落多时的戈林，想在关键时露一手，他向希特勒保证，他的空军每天可以给包围圈运送500吨作战物资（后来事实证明，平均每天只能空投104.7吨物资，其中只有一天达到300吨）。希特勒素来不愿撤退，遂决定坚守斯大林格勒。第6军团丧失最佳突围机会。

    为援救保罗斯军团，曼斯坦因成立两个突击群，顿河西岸的“霍利特集群”，顿河东岸的“霍斯集群”，从西和西南两个方向朝斯大林格勒推进。苏军在齐尔河地区从北面不断施加压力，将“霍利特集群”死死牵制得不能动弹，曼斯坦因决定霍斯单独负起救援任务。12月12日，在曼斯坦因严令下，霍斯的第4装甲军团，开始向斯大林格勒推进。这个代号为“冬季风暴”、被曼斯坦因称为“死亡竞赛”的作战，从科捷利科沃为起点，向东北方向进攻，企图在救援部队和斯大林格勒被围部队之间切开一条“走廊”。参加救援的主力是从高加索第1装甲军团抽回的第57装甲军，所属第23装甲师在右，第17装甲师在左，刚从法国赶到的精锐第6装甲师作预备队，向斯大林格勒攻击前进。开头几天进展顺利，希特勒最高统帅部沉浸在一片乐观气氛中。但在阿克赛河北岸遭苏军顽强阻击，以后近一个星期中，阿克赛河畔鲜为人知的激战，事实上决定了第三帝国命运。

    为策应“冬季风暴”作战，曼斯坦因要求保罗斯组织兵力向西南进攻，突破苏军封围，策应霍斯共同切开一条“走廊”。这个策应行动代号为“雷鸣”，但保罗斯电告曼斯坦因：他的汽油储存量仅供坦克行驶20公里，只有霍斯到达距包围圈32公里时，才能发动“雷鸣”作战。12月19日，霍斯的57装甲军冲过阿克赛河，第6装甲师距包围圈仅48公里，这也是救援部队能到达的最大极限。曼斯坦因预感这是第6军团突围的最后机会了，遂鼓起极大的勇气，毅然违抗希特勒的命令，向保罗斯发出立即向西南突围、分批撤出斯大林格勒的命令。曼斯坦因已单独负起了抗命的责任，但优柔寡断的保罗斯还是决定服从希特勒。为阻止德军解围斯大林格勒，苏军统帅部巧妙地向德军“A集团军群”和“顿河集团军群”后方发动进攻。瓦杜丁指挥的沃罗涅日方面军和西南方面军第1、3、6三个集团军，向负责掩护整个南翼德军的意大利第8军团发起强大攻势，苏军占领德军大型补给基地坎帖米罗夫卡，锋芒直接威胁罗斯托夫这一咽喉要道，迫使曼斯坦因从霍斯救援军中抽回精锐的第6装甲师，应付后方的紧急危机。这样，向斯大林格勒解围的进攻部队只剩下两个装甲师，据德方战后透露，两个装甲师在12月7日一共只剩下35辆坦克。12月24日，由于第6装甲师已调走，德军在阿克赛河的进攻已成强弩之末，苏军马利诺夫斯基的近卫坦克第2军团及时赶到，对德军发起全面反攻。德军第57装甲军在12月26日全部拼光，担任掩护的残部向原来的出发点科捷利科沃溃退，保罗斯的第6军团的命运就此注定。

    从11月23日被围后近两个月的苦战中，第6军团的防区日益缩小，弹药食物奇缺，伤员日增，而俄罗斯的冬天已降临。12月30日，苏军最高统帅部把叶廖缅科指挥的斯大林格勒方面军并入罗柯