至1943年1月初，斯大林格勒地区的合围对外正面已向前推移200至250公里，被围德军人数已从33万减员到25万，近8万人已在战斗中被歼或被俘。被围德军所占地区受到苏军炮火控制。弹药、油料和粮食储备已消耗殆尽。苏军航空兵还对合围地域进行了空中封锁，粉碎了德军向被围部队空投补给的企图。被围德军的覆灭已成定局。
早在1942年12月底，苏军最高统帅部就制定了歼灭德军第6集团军的进攻作战计划，代号为“指环”，由得到加强的苏军顿河方面军负责实施。
1943年1月8日，苏军向被围德军发出最后通牒，敦促其停止抵抗，缴械投降，遭到德军拒绝。1月10日拂晓，顿河方面军经炮火准备后发起进攻。尽管德军进行了顽强抵抗，方面军突击集团仍于日终前在许多地段突破德军防御，向纵深推进6～8公里。在发展进攻过程中，苏军于1月12日夺取了马里诺夫卡突出部，消灭该地德军近3个师。1月25日，苏军楔入斯大林格勒西郊。1月26日日终，分别由东西两个方向进攻的苏军第26集团军和第21集团军在红色十月新村、马马耶夫岗地域会师，将德军分割成南、北两个部分。德军南部集群被压缩在市中心，北部集群被压缩在拖拉机工厂和“街垒”工厂区。1月27至31日，苏军对德军南、北两个集群实施了突击。德军战斗力已急剧降低，开始大批投降。1月31日，德军南部集群停止抵抗，刚被希特勒提升为元帅的德军第6集团军司令保卢斯及其参谋长被俘。2月2日，在苏军炮火猛烈袭击下，德军北部集群也被迫停止抵抗。苏军顿河方面军最终完成了歼灭斯大林格勒被围德军集团的任务，斯大林格勒会战至此全部结束。在“指环”战役中，苏军顿河方面军各部队共俘敌9.1万余人，其中包括保卢斯陆军元帅在内的2500余名军官和24名将军。在各战场则收集了约14万具被击毙德军官兵尸体。
在斯大林格勒反攻作战过程中，苏军共消灭德军第6集团军、第4装甲集团军、罗马尼亚第3~第4集团军和意大利第8集团军。德军一方共损失32个师和3个旅，另有16个师遭重创，损失人员80余万、坦克和强击火炮近2000辆、火炮和迫击炮1万余门、作战和运输飞机约3000多架，以及汽车7万多辆。苏军把德军从伏尔加河和顿河打退几百公里。
在200个日日夜夜的斯大林格勒会战中，苏联军民充分表现了大无畏的英勇气慨，进行了艰苦卓绝的顽强作战，计损失113万人，终于取得了辉煌的胜利。德军在整个会战中，总共损失150万人，占其当时在苏德战场作战总兵力的1／4。德国由于斯大林格勒会战的惨败，宣布致哀3天。
斯大林格勒会战结束后，从南到北的苏军各个方向的反击作战也频频告捷：列宁格勒、顿河流域、北高加索等地的德军先后败退。
斯大林格勒会战的胜利，大大提高了苏联的国际地位，扩大了社会主义制度的影响，巩固和扩大了国际反法西斯统一战线，进一步坚定了世界人民共同打败法西斯集团的信心，促进了世界反法西斯斗争的新高潮。1942至1943年，苏联同澳大利亚、古巴、埃及、哥伦比亚、埃塞俄比亚等许多国家建立了外交关系，还同卢森堡、墨西哥和乌拉圭先后恢复了外交关系。会战的胜利，促进了在反法西斯同盟国团结合作道路上具有重要意义的苏美英三国首脑第一次会议——德黑兰会议的召开。
4.1942年冬季攻势
苏军统帅部根据此时的形势，提出了1942年底至1943年初实施冬季战局的战略企图，即：在从拉多加湖到大高加索山麓的广阔正面上依次实施一系列进攻战役，击败德军强大集团，夺取战略主动权，取得卫国战争的决定性转折。斯大林格勒的反攻则被放在头等重要的地位。根据苏军最高统帅部的战略企图，苏军应首先消灭伏尔加河与顿河之间的德军集团，尔后在北高加索、顿河上游和列宁格勒实施突击。为牵制敌人，使其无法调动兵力，还计划在大卢基、尔热夫和维亚兹马等地域实施进攻战役。一旦顺利完成上述任务，即在库尔斯克方向、哈尔科夫方向和顿巴斯发展战略进攻。
苏军把主突方向放在西南战略方向并把基本力量集中在这一地区，系出于多种考虑。一是这里聚集着德军兵力最大、威胁最大的集团(占苏德战场敌步兵兵团的18％和坦克兵团的29％)，粉碎这一集团，就能使苏军重新夺取战略主动权，并为其他战略方向发起进攻创造有利条件。二是解放重要的经济区将增加苏联的物质和人力资源，解除敌军对巴库的威胁。三是斯大林格勒方向是敌军战略防御的弱点，敌军基本兵团都已投入攻城作战，在翼侧仅部署有战斗力不强的罗马尼亚和意大利军队。此外，在西南方向向罗斯托夫和塔甘罗格展开进攻，能分割敌A集团军群，从而使顿河中游敌军翼侧暴露。
在苏德战场南翼，德军在斯大林格勒附近和北高加索作战的突击集团还没有来得及建立强固的防御，而且是分散在从沃罗涅日到厄利斯塔和从莫兹多克到诺沃罗西斯克的广阔正面上。因此，苏军最高统帅部决定：作战第一阶段，在斯大林格勒-罗斯托夫方向集中重兵，投入坚决的反攻，合围并歼灭斯大林格勒地域的敌军主要集团；尔后，将增调的预备队投入交战以扩大战略反攻正面，击溃顿河中游的敌军，并向卡缅斯克-沙赫亭斯基、罗斯托夫总方向实施突击，切断北高加索敌军庞大集团撤向顿巴斯的退路，进而击溃德军在苏德战场南翼的全部军队。苏军决定，首先把兵力集中在伏尔加河与顿河之间，实施当前作战的主要战役斯大林格勒-罗斯托夫方向的进攻战役，斯大林格勒附近的反攻则是当前作战的最重要的战役。
在展开斯大林格勒方向反攻准备工作的同时，苏军其他方向的方面军也受命做好进攻准备：列宁格勒方面军和沃尔霍夫方面军要做好突破敌人对列宁格勒围困的准备；西北方面军、加里宁方面军和西方面军应于1942年10至11月在莫斯科方向共同实施进攻战役，以击溃尔热夫地域和诺沃索科耳尼基地域的敌人；外高加索方面军固守占领地区，其北方集群应于11月初完成进攻准备，准备击败德军莫兹多克集团。
由于一年半的战争消耗损失，战时生产走上轨道不久，而且战线太长，不能在短期内在斯大林格勒方向集中很多兵力，因而苏军进攻的兵力优势并不很大。
冬季战局是从斯大林格勒方面军、顿河方面军和西南方面军在斯大林格勒方向的反攻开始的，结果歼灭德军重兵集团约33万人。
为发展斯大林格勒反攻的胜利，苏军最高统帅部决定展开战略总攻。进攻主要方向仍选在西南战略方向，目的是击溃德军B、顿河、A集团军群，解放第聂伯河东岸乌克兰地区。同时，在正西方向上对德中央集团军和在西北方向上对杰米扬斯克突出部的德军展开进攻。
从1943年1月开始，在苏军顿河方面军围歼德军第6集团军的同时，苏军布良斯克方面军、沃罗涅日方面军、西南方面军、南方面军(原斯大林格勒方面军)、外高加索方面军等也相继展开进攻。
苏军在斯大林格勒附近实施反攻时，苏军外高加索方面军也在那尔契克、莫兹多克和土阿朴谢方向对德军进行了多次反突击，牵制了德军A集团军群的兵力，有力地支援了苏军在斯大林格勒方向的作战。1942年年底，高加索战场主动权已转入苏军手中。到1943年1月1日，北高加索德军已没有战役预备队。斯大林格勒附近苏军的反攻，为高加索苏军造成了合围德军集团的有利形势。因此，德军统帅部从1943年1月1日起，就仓促将其第1装甲集团军沿北高加索铁路向西北撤退。1月5日，又开始撤退其在高加索山脉一带的军队。德军对受威胁最大的克拉斯诺达尔方向，也采取了一系列加强防御的措施。
苏军歼灭德军北高加索集团的总企图是：以2个方面军的部队从东北、南面和西南实施协调一致的突击，分割并歼灭德军A集团军群主力，不让其撤出北高加索，解放顿河、库班和捷列克等工业区和农业区。为实现总企图，苏军的具体部署如下：
南方面军以右翼第5突击集团军和近卫第2集团军实施主要突击，沿顿河下游进入罗斯托夫地域，以切断德军整个北高加索集团北撤退路。为了合围德军A集团军群的基本兵力，计划实施两个突击：一个是以外高加索方面军黑海集群左翼部队向克拉斯诺达尔、季霍列茨克方向实施；另一个是以南方面军左翼各集团军(第51、第28集团军)向萨尔斯克、季霍烈茨克方向实施。尔后，这两支部队向罗斯托夫发展突击。此外，黑海集群还向诺沃罗西斯克进攻，消灭德军第17集团军右翼诸兵团，攻占塔曼半岛。外高加索方面军的北方集群右翼应向莫兹多克、阿尔马维尔进攻，阻止德军第1装甲集团军各兵团有组织的撤退。西南方面军左翼拟向伏罗希洛夫格勒方向突击，保障南方面军右翼各部队向罗斯托夫方向的突击。
1月1日，苏军北方集群在斯达夫罗波尔方向开始追击德军。此前，德军已将其第2装甲集团军向西北撤退。1月3日，北方集群收复莫兹多克，5日，收复普洛赫拉得内依，8日日终，前出到库马河、马尔卡河和绕尔克河沿岸。10日，北方集群突破德军沿这几条河流建立的中间防御地区，并继续向前追击。11日，收复屯积有大量物资的矿水城车站，同时解放了疗养地吉斯洛沃得斯克和彼阿提哥斯克。21日，收复斯达夫罗波尔边区首府斯达夫罗波尔。24日，前出到普利弗尔诺耶、阿马维尔、苏维特一线。同一日，北方集群根据苏军最高统帅部的决定，改编为北高加索方面军。
黑海集群于1月11日在个别方向上发起进攻，其主要突击集团则于1月16日拂晓在克拉斯诺达尔方向发起进攻。至1月22日，黑海集群各部队向北推进了20公里，于2月1日前出到法秀林斯卡姬至道赫塔姆卡依的库班河沿岸一线。黑海集群的进攻是在极其困难的条件下进行的。恶劣的天气和复杂的山地，给后勤补给和航空兵支援造成很大困难。集结在克拉斯诺达尔方向的德军部队又是德军的主力。这一切使苏军前进异常迟缓。直到12日，黑海集群各部队才解放克拉斯诺达尔边区首府克拉斯诺达尔。
接着，苏军北高加索方面军以及外高加索方面军的黑海集群，发起了合围并消灭德军集结在库班河附近集团(约23至24个师)的战役。由于德军的顽强抵抗，苏军未能歼灭德军集团，但将其压缩至塔曼半岛，至1943年秋季才将其驱走。
苏军南方面军于1月1日开始实施罗斯托夫进攻战役，所属部队向罗斯托夫和萨尔斯克方向转入进攻。2月6日，解放了巴达依斯克，2月14日，解放罗斯托夫。
在进攻过程中，苏军重创德军。1至4月，前进160至600公里，解放了北高加索(塔曼半岛除外)、罗斯托夫州一部、库班全境、乌克兰一部，前出到亚速海，然而未能合围北高加索德军集团。德军统帅部将其第1装甲集团军5个师经罗斯托夫撤至顿巴斯，而A集团军群主力则于6月初撤至库班河下游地区和塔曼半岛固守。6月初，北高加索方面军根据苏军最高统帅部大本营命令转入防御，并开始为拔除德军塔曼登陆场准备最后一战。
苏军高加索会战的防御阶段以及反攻阶段前期，是与斯大林格勒会战同时进行的。两个会战互相配合，互相影响。高加索防御战牵制了德军兵力。而斯大林格勒附近苏军转入反攻，又为高加索方向的苏军造成了合围德军集团的有利态势。
在实施解放北高加索各次战役的同时，苏军还向库尔斯克和哈尔科夫方向以及在顿巴斯展开了进攻。进攻于1943年1月中旬开始，由沃罗涅日方面军，在西南方面军和布良斯克方面军两个方面军部分兵力配合下，对德军B集团军群主力沃罗涅日集团(德军第2集团军、匈牙利第2集团军以及意大利第8集团军的左翼)先后实施了奥斯特罗戈日斯克-罗索什战役和沃罗涅日-卡斯托尔诺耶战役，旨在歼灭德军B集团军群主力。
奥斯特罗戈日斯克-罗索什战役于1月13日发起，沃罗涅日方面军所属部队向罗索什和奥斯特罗戈日斯克实施相向突击，18日日终前在伊洛斯夫科耶、阿列克谢耶夫卡地域合围了奥斯特罗戈日斯克-罗索什集团(匈牙利第2集团军、德军第24装甲军和意大利阿尔卑斯步兵军)。至24日，被围集团大部被歼。至27日，完全歼灭冲出合围圈逃到瓦卢伊基以东的罗索什集团残部。
此役，苏军在德军防御上打开一个宽250公里的缺口，向纵深推进了140公里，从敌军手中解放约2.2万多平方公里土地，包括奥斯特罗戈日斯克、罗索什、科洛特亚克、阿列克谢耶夫卡、瓦卢伊等城市和铁路枢纽，击溃敌军15个师，重创6个师，俘敌8.6万余名。由于在敌防线上打开一个大的缺口，因而为实施沃罗涅日一卡斯托尔诺耶战役和向哈尔科夫方向进攻创造了条件。
沃罗涅日一卡斯托尔诺耶战役由沃罗涅日方面军会同布良斯克方面军左翼部队，于1月24日至2月2日实施。