28 сентября приказом Ставки К. К. Рокоссовский был назначен командующим Донским фронтом и уже через три дня руководил войсками фронта в Сталинградской стратегической оборонительной операции. В состав фронта вошли 63, 21, 4-я танковая, 1-я гвардейская, 24-я и 66-я армии. Кроме того, по просьбе Рокоссовского из 10-й резервной армии передавались 277, 62, 252, 212, 226, 333-я стрелковые дивизии, а из Южно-Уральского военного округа перебрасывалась 293-я стрелковая дивизия. Одновременно из состава фронта в резерв Верховного главнокомандования выводился 4-й танковый корпус. Войскам Донского фронта приходилось вести активную оборону — Гитлер требовал захватить Сталинград до 20 октября.
Как писал в своих мемуарах Рокоссовский, «все соединения Донского фронта после длительных боев были малочисленными. Пополнений мы почти не получали: по решению Ставки они направлялись на формирование новых соединений в тылу. К концу сентября противник втянул в сражение все свои силы, а намеченной цели не добился. Группа войск „А“ вела тяжелые бои у подножий Кавказского хребта, где и застряла, натолкнувшись на решительный отпор наших войск. К тому же ей пришлось выделить соединения 4-й танковой армии для усиления группы армий „Б“, которая увязла в междуречье Волга — Дон, втянувшись здесь в тяжелые бои, навязанные ей советским командованием. Таким образом, гитлеровцам не удалось ни овладеть Кавказом, ни выйти к Волге на всем протяжении от Сталинграда до Астрахани. Гитлеровское командование, как и в 1941 г., просчиталось, недооценив сил и возможностей Советского Союза. Наступил момент, когда немецко-фашистскому командованию при здравой оценке ситуации следовало бы подумать о том, как выйти из критического положения. Оно не сделало этого. А наши Ставка и Генштаб, как и в решающий момент битвы под Москвой, правильно оценили назревшую возможность нанести сокрушительный удар по зарвавшемуся врагу.
Как я уже говорил, войсками Донского фронта удерживались два плацдарма на южном берегу Дона. Они имели для нас большое значение. Враг не раз пытался сбросить наши части оттуда, и этот участок фронта был довольно активным. Жаркие бои проходили и на участках 24-й и 66-й армий, располагавшихся в междуречье. При малейшей попытке противника усилить нажим на защитников Сталинграда наши части переходили в наступление, с тем чтобы облегчить положение 62-й и 64-й армий, оборонявшихся в самом городе. Этим мы отвлекали на себя значительную часть сил противника и вынуждали его держать в междуречье свою основную группировку.
Опасаясь удара в тыл войскам, действовавшим против Сталинградского фронта, гитлеровское командование сосредоточило в междуречье наиболее надежные немецкие соединения, в то время как южнее, на рубеже озер, стояли румынские части (6-го армейского корпуса)…
Противник в городе уже в трех местах прорвался к Волге. Учитывая тяжелое положение 62-й армии, Ставка приказала провести в октябре наступательную операцию. К этому привлекались войска двух фронтов. Наш Донской активными действиями с плацдармов на Дону должен был сковать врага, с тем чтобы он не смог перебрасывать подкрепления в район Сталинграда. В это время наша 24-я армия своим левым флангом во взаимодействии с 66-й армией должна была разгромить вражеские части севернее города и соединиться с войсками 62-й армии Сталинградского фронта. Для этой операции нам разрешалось использовать семь стрелковых дивизий, прибывавших из резерва Ставки. Никаких дополнительных средств усиления (артиллерия, танки, самолеты) фронт не получал. В этих условиях трудно было рассчитывать на успех. Группировка противника опиралась здесь на хорошо укрепленные позиции».
Перешедшие в наступление 19 октября войска Донского фронта не смогли прорвать оборону противника. Наступление войск Сталинградского фронта тоже не достигло поставленной Ставкой цели. Но при этом немецкие войска понесли большие потери, а Гитлер, из-за непростой стратегической обстановки, не мог перебрасывать с других фронтов под Сталинград свежие силы. Между тем наступавшие на сталинградском и кавказском направлении немецкие ударные группировки уже исчерпали свои резервы, и тут, как отмечает Рокоссовский, «воспользовавшись сложившейся обстановкой, советское командование приступило к подготовке мощного контрнаступления. Оно должно было начаться — мы об этом догадывались — одновременно с северного и южного флангов. Для осуществления плана нужно было задержать на некоторое время главную группировку немецких войск в междуречье Волга — Дон. Это достигалось активными действиями войск Донского и Сталинградского фронтов в районе Сталинграда. А тем временем производилась соответствующая перегруппировка и сосредоточение наших войск, предназначавшихся для контрудара.
Чувствовалось, что противник исчерпал свои наступательные возможности. Фланги его основной группировки в междуречье и в районе Сталинграда были слабо прикрыты, а достаточными резервами для того, чтобы обеспечить прочность обороны захваченного района, он не располагал. Его коммуникации были уязвимы на огромном пространстве».
План-карта предстоящего наступления была в начале октября представлена Сталину Жуковым и Василевским, после утверждения Верховным главнокомандующим были проинформированы и командующие фронтами. Главная роль на первом этапе контрнаступления (операция получила кодовое название «Уран») отводилась Юго-Западному фронту, чьи войска должны были соединиться с частями Сталинградского фронта. Донской фронт должен был нанести два вспомогательных удара. Как отмечает в своих мемуарах Рокоссовский, «на основании директивы Ставки и сообразуясь с конкретной обстановкой, было принято решение на проведение наступательной операции и поставлена задача войскам Донского фронта. В ходе длительных боев на рубеже Дона и в междуречье штабы хорошо изучили противника и местность. Это обстоятельство значительно облегчало постановку задач армиям и предоставляло им больше времени на организацию боя.
Во фронтовой операции особая роль отводилась 65-й армии. Ей предстояло участвовать совместно с 21-й армией (соседней справа) в главном ударе. Задача у них общая: прорвать фронт, уничтожить противостоящие вражеские части, а затем, зайдя во фланг и тыл обороны противника на рубеже реки Дон, наступать в юго-восточном направлении на Вертячий. Но разница заключалась в том, что перед 21-й армией стояли румыны, а перед 65-й — немецкие части. Учитывая это обстоятельство, мы старались по возможности усилить войска Батова, даже за счет ослабления других армий.
Весьма сложная задача возлагалась на 24-ю армию. Она должна была наступать в междуречье, примыкая своим правым флангом к Дону, прорвать оборону противника и, продвигаясь на Вертячий, воспрепятствовать отходу на восточный берег реки вражеских войск, действовавших против 65-й и 21-й армий. Должен сознаться, что эта задача при тех средствах, которые мы могли сюда выделить, была явно невыполнимой.
Однако мы рассчитывали, что своими наступательными действиями 24-я скует значительные силы противника, лишив его возможности подкреплять свои войска на главном направлении…»
22 ноября перешедшая в наступление 24-я армия Донского фронта не смогла прорвать немецкую оборону, но зато вынудила врага оттянуть сюда непосредственно из-под Сталинграда несколько дивизий. Тем самым была оказана помощь 66-й армии, которая, наступая на Сталинград вдоль берега Волги, значительно продвинулась вперед. 23 ноября в районе г. Калач-на-Дону соединились войска Юго-Западного и Сталинградского фронтов, окружив 22 дивизии и более 160 отдельных частей общей численностью 330 тыс. человек. Затем войска Донского и Сталинградского фронтов приступили к ликвидации окруженной группировки. Кольцо вокруг немецкой 6-й армии сжимали 66, 24 и 65-я армии, а также 21-я армия, снова включенная в состав Донского фронта.