“天王星”行动是斯大林格勒战役的一部分，苏军的目的是通过两翼的钳形攻势，包围进攻斯大林格勒的轴心国部队，为后续的围歼战创造条件。
自1942年7月17日斯大林格勒战役开始，到了11月时德军第6军团已经攻占了斯大林格勒的大部分地区，似乎只差那么一步就能完全占领这座城市。但是苏军仍然还在顽强抵抗，用惨烈的巷战把第6集团军困在斯大林格勒进退不能。而连续作战数月的德军也已极度疲惫，损耗严重。随着天气开始转冷，没有做好过冬准备的德军遭到进一步削弱，不管是士气还是战斗力都大不如前了。同时，德军对斯大林格勒进攻时，其侧翼拉得很长。但是德军兵力不足，所以防守德军侧翼的很多部队都是罗马尼亚，匈牙利和意大利等非德国部队，他们不管是战斗意志，战斗技巧还是武器装备都不能与德军相比。德军只有第48装甲军以及第29装甲掷弹兵师两支部队作为预备队，而且这两支部队还都不满员。这就给苏军创造了机会。
苏军的计划十分大胆，准备集中优势兵力从南北两翼进攻德军，彻底包围在斯大林格勒的轴心国军队。这对于1942年的苏军来说是一锅“夹生饭”，因为苏军之前从来没有实行过这么大规模的计划，也没有十足把握能包围并吃掉这么多的德军。但是最后经过朱可夫和华西列夫斯基仔细研究，认为计划可行。斯大林随即批准了该计划。苏军为了“天王星计划”做了充足的准备，在德军的两翼秘密部署兵力，调集足够优良的装备和补给，布置好战术，进行侦察，甚至不惜一而再地推迟行动日期，以做到万事俱备。而德军虽有察觉两翼苏军有异动，但是一来德军认为苏军没有反击的兵力，二来认为自己很快就能攻下斯大林格勒，所以并未放在心上。
斯大林格勒守军的顽强抵抗为苏军争取了时间，经过多次推迟后，11月19日，苏联北翼部队率先发难，在浓雾和大雪的掩护下，先用3500门火炮对当面的轴心国军队进行了长达80分钟的炮火准备。然后对罗马尼亚军队发起了进攻，罗马尼亚部队当即溃败，苏军一路突进，德军预备队虽然试图进行反击，但是兵力不足，拦不住准备充分的苏军机械化部队，很快被击退。而在稍晚的11月20日，南翼的苏军在浓雾稍退之后也发起了攻击，更令本就十分有限的德军预备队顾此失彼，最后哪个都救不下来。南翼苏军也成功突破了当面轴心国军队的防御。进展非常迅速，甚至有苏军坦克打开着车灯就夺取了敌军驻守的桥梁——守军根本就不信有苏军能出现在这里，还以为是己方的坦克。
战役发起四天后的11月23日，南北两翼苏军于卡拉奇会师，成功包围了顿河以东的290,000名轴心国部队。其中包括德国第6集团军所属的4个步兵军、一个装甲军、两个罗马尼亚师的余部、一个克罗地亚步兵团及其它特别单位，被围困的装备有大约140辆坦克、2000门火炮或迫击炮及10000辆军车。这些轴心国部队包围在一个东至西50千米和由南到北40千米的包围圈里。反应过来的轴心国部队立刻进行反扑，但是损耗严重的德军和其他轴心国部队没有能力打破苏军的包围圈，仅有少量轴心国部队趁苏军包围网尚未严密之时突围出去。
“天王星行动”取得巨大成功，在之前总是被德军包围的苏军终于让德军也尝到了被包围的滋味，下一步苏军开始加固包围圈，防止德军突围或解围，然后开始计划如何吃掉包围圈里的轴心国部队。