К началу декабря 1942 г. противник сформировал группу армий «Дон», которая должна была решить задачу по деблокированию окруженной под Сталинградом группировки и восстановлению положения на сталинградском направлении. В состав группы армий «Дон» вошли все войска противника, действовавшие к югу от среднего течения р. Дон до астраханских степей, а также окруженная под Сталинградом группировка. В конце ноября—декабря противник провел частичную перегруппировку сил, перебросив на усиление группы армий «Дон» 10 дивизий, в том числе 4 танковые (из Западной Европы — 4, из внутренних районов территории — 1, из группы армий «Центр» — 1, из групп армий «Б» и «А» — 4). В составе группы армий «Дон» насчитывалось (без окруженной под Сталинградом группировки) 20 боеспособных дивизий (пд — 11, тд — 6, мд — 1, кав.д — 2) и 6 ограниченно боеспособных (пд — 5, кав.д — 1). В составе 6А и части сил 4 ТА, окруженных под Сталинградом, насчитывалось 22 дивизии (пд — 15, тд — 3, мд — 3, кав.д — 1).
К началу декабря ударная группировка группы армий «Дон» — армейская группа «Гот» — начала сосредоточение в районах Тормосин и Котельниково. В нее входили вновь сформированная 4ТА и 4А (рум.), насчитывавшие в своем составе 11 боеспособных дивизий (пд — 4, тд — 4, мд — 1, кав.д — 2) и 3 дивизии, восстанавливавшие боеспособность (пд — 3). Частью сил армейская группа «Гот» перешла к обороне по рубежу от нп Нижне-Чирская до нп Обильное.
К северо-западу от армейской группы «Гот» на рубеже по р. Чир от нп Чернышевская до нп Нижне-Чирская противник перешел к обороне силами сводных групп войск общей численностью до двух пехотных дивизий, объединенных под командованием 3А (рум.).
Далее на рубеже от нп Вешенская до нп Чернышевская перешли к обороне соединения оперативной группы «Холлидт», управление которыми осуществлялось штабом 29 ак. В состав оперативной группы входило 6 боеспособных дивизий (пд — 4, тд — 2), 3 ограниченно боеспособных (пд — 2, кав.д — 1).
В полосе от Павловска до Вешенской по рубежу р. Дон занимала оборону 8А (итал.). В ее составе насчитывалось 14 дивизий (пд — 13, тд — 1) и 4 бригады (пбр — 3, кбр — 1). В начале декабря 8А (итал.) была усилена двумя дивизиями (тд — 1, пд — 1), переброшенными из-под Воронежа.
К исходу 11 декабря противник развернул на рубеже перехода в наступление северо-восточнее Котельниково 57 тк (тд — 2, пд — 1), создав на узком участке фронта значительное превосходство в силах над войсками оборонявшейся на внешнем фронте окружения 51А Сталинградского фронта, в том числе по танкам — в 3 раза.
С утра 12 декабря противник приступил к решению задачи прорыва к Сталинграду и перешел в наступление вдоль железной дороги Сальск — Сталинград, имея в первом эшелоне 2 танковые дивизии. Тесня войска оборонявшейся в полосе наступления стрелковой дивизии 51А, противник 15 декабря подошел к рубежу р. Аксай, где был остановлен на подготовленном рубеже обороны войсками 51А и переброшенного 13 мк 57А. Кроме того, в полосу прорыва противника для наращивания усилий в обороне перебрасывались войска из резерва фронта (сд — 1, сбр — 1). 4 мк 5 УдА, включенной в состав Сталинградского фронта 10 декабря, нанес контрудар в левый фланг наступавших танковых соединений противника в районе Верхне-Кумский и потеснил их в южном направлении. Для возобновления наступления противник начал переброску для усиления 57 тк танковой дивизии с левого берега р. Дон.
В начале декабря группировка советских войск, усиленная резервами Ставки ВГК, имела в своем составе:
Юго-Западный фронт — вновь сформированная 1 гв. А в полосе Верх. Мамон — иск. Вешенская (сд — 7, тк — 3, тп — 3); 3 гв. А (бывшая 1 гв. А) в полосе Вешенская — иск. Чернышевская (сд — 7, сбр — 2, мсбр — 1, мк — 1, тп — 3); 5ТА в полосе Чернышевская — устье р. Лиска (сд — 6, кав.к — 1, мк — 1, тбр — 2);
Сталинградский фронт — 62, 64, 57А — на южной части внутреннего фронта окружения; 5 УдА развернулась в полосе устье р. Лиска — Верх. Рубежный (сд — 4, тк — 1, мк — 1, кав.к — 1) на стыке Сталинградского и Юго-Западного фронтов; 51А в полосе иск. Верх. Рубежный — Обильное (сд — 3, кав.к — 1, тбр — 2); 28А на рубеже восточнее нп Яшкуль (сд — 2, тбр — 1, сбр — 7); 2 гв. А, прибывшая в район Вертячий — Песковатка для усиления Донского фронта, перенацеливалась в состав Сталинградского фронта и усиливалась соединениями из резерва Ставки ВГК (сд — 6, мк — 1).
6А Воронежского фронта в полосе западнее нп Верх. Мамон за правым флангом 1 гв. А Юго-Западного фронта усиливалась резервами Ставки ВГК (сд — 5, тк — 1, сбр — 1, тбр — 1, тп — 2).
Замысел на второй этап операции, уточненный в соответствии с необходимостью отражать начавшееся 12 декабря наступление противника в направлении Котельниково — Сталинград, предусматривал: сорвать попытки противника деблокировать окруженную под Сталинградом группировку 6А и части сил 4ТА и продвинуть внешний фронт окружения на 150—200 км от занимаемых рубежей; для достижения цели второго этапа провести наступательную операцию Юго-Западного фронта и оборонительную операцию Сталинградского фронта; продвижением войск Юго-Западного фронта в южном и юго-западном направлениях создать угрозу левому флангу и тылу ударной группировки группы армий «Дон», отвлечь на себя часть ее сил, ослабить тем самым удар противника на Сталинград и содействовать Сталинградскому фронту в удержании занимаемых рубежей с переходом в контрнаступление при создании благоприятных условий.
Главный удар нанести на правом фланге Юго-Западного фронта в направлении на юго-восток и частью сил на юг; 1 гв. А силами ударной группировки (сд — 5, тк — 3) прорвать оборону противника на 18-километровом участке фронта южнее нп Осетровка и развивать стремительное наступление танковых корпусов в направлениях на районы Тацинская, Морозовский, Чернышковский; разгромить тылы 8А (итал.) и группы «Холлидт» и охватить с юго-запада их войска; силами стрелковых соединений выйти на рубеж Марковка — Чертково — Никольская внешнего фронта окружения.
Другой удар нанести в центре полосы Юго-Западного фронта в направлении на юг и частью сил на юго-запад; 3 гв. А силами ударной группировки (сд — 4, мк — 1, сбр — 2, мсбр — 1) прорвать оборону противника на 14-километровом участке фронта в районе Боковская и развивать наступление в направлении на Морозовский; рассечь войска группы «Холлидт», разгромить тылы и охватить группировку 8А (итал.) и группы «Холлидт» с востока; частью сил охватить войска 8А (итал.) с юго-востока; выйти на рубеж Никольская — Тацинская — Морозовский внешнего фронта окружения.
Силами 5ТА с севера и 5УдА с востока перейти в наступление против части сил армейской группы «Гот» в районе Тормосин, связать их сражением и сорвать их участие в наступлении на Сталинград.
Действия войск на главных направлениях обеспечить:
на правом фланге — переходом в наступление 6А Воронежского фронта с выходом на рубеж Нов. Калитва — Марковка внешнего фронта окружения;
на левом фланге — упорной обороной 51А и части сил 2 гв. А Сталинградского фронта удержать занимаемые рубежи и не допустить прорыва котельниковской ударной группировки армейской группы «Гот» к Сталинграду; при создании благоприятных условий перейти в контрнаступление и продвинуть внешний фронт окружения на запад.
На направлении главного удара Юго-Западного фронта на участке прорыва 1 гв. А было создано превосходство над противником по численности личного состава в 4 раза, по танкам в 8 раз, по орудиям и минометам в 7 раз; на направлении другого удара Юго-Западного фронта на участке прорыва 3 гв. А превосходство в силах над противником было подавляющим.
16 декабря ударные группировки Юго-Западного фронта после полуторачасовой огневой подготовки перешли в наступление. Авиация в огневой подготовке не участвовала по метеоусловиям, ее участие в огневой поддержке наступавших войск стало возможным только во второй половине суток. Войска первого эшелона встретили ожесточенное сопротивление противника, что вынудило в первый же день наступления ввести в сражение танковые корпуса 1 гв. А Юго-Западного и 6А Воронежского фронтов, предназначенные для ввода в чистый прорыв, и использовать их для прорыва обороны.
Утром 18 декабря войска 1 гв. А прорвали оборону противника и во взаимодействии с 6А Воронежского фронта расширили полосу прорыва к исходу суток до 60 км. Одновременно войска 3 гв. А прорвали оборону противника и расширили полосу прорыва до 20 км. Танковые корпуса 1 гв. А, 6А и механизированный корпус 3 гв. А начали стремительное продвижение по заданным направлениям, вынудив войска 8А (итал.) и группы «Холлидт» к поспешному отходу на юго-запад и юг. 19 декабря войска 6А Воронежского фронта овладели Нов. Калитвой и Кантемировкой, и с этого дня 6А была передана в состав Юго-Западного фронта.
22 декабря войсками Юго-Западного фронта, развивавшими наступление, были окружены 3 итальянские и 1 немецкая пехотные дивизии в районе северо-восточнее нп Алексеево-Лозовское, а также отдельные группы войск противника в районах Кантемировка, Чертково, Верхне-Чирский, Каменский. 24 декабря алексеево-лозовская группировка противника была полностью ликвидирована. Одновременно были уничтожены другие окруженные группы войск противника. Устойчивость оперативной обороны противника в полосах 8А (итал.) и группы «Холлидт» была полностью утрачена, что вынудило германское командование осуществить спешную перегруппировку войск. Для прикрытия прорванного фронта развертывались перебрасываемые с других участков фронта и прибывавшие из Западной Европы соединения противника. Особенно опасно для противника было развитие наступления войск Юго-Западного фронта, так как ставило под угрозу глубокого охвата левый фланг и тыл ударной группировки группы армий «Дон» в районах Тормосин и Котельниково. На участок фронта от нп Нов. Калитва до Миллерово были переброшены 5 дивизий (пд — 3, тд — 1, гед — 1). Из состава ударной группировки группы армий «Дон» 3 дивизии (пд — 1, тд — 2) были выдвинуты в район Тацинская — Морозовский и развернуты фронтом на север.
С 24 декабря войска Юго-Западного фронта завязали бои с выдвинутыми на рубеж Нов. Калитва — Марковка — Чертково — Миллерово — Тацинская — Морозовский войсками противника. Особенно ожесточенные бои развернулись в районах Чертково, Миллерово, Тацинская, Морозовский.
22 декабря 5ТА Юго-Западного фронта перешла в наступление. Попытка прорвать оборону противника и развить наступление успеха не имела. Однако задача связать сражением войска 48 тк противника была решена.
К 30 декабря войска Юго-Западного фронта вышли на рубеж Нов. Калитва, Марковка — Чертково — Волошино — сев. Миллерово — Ильинка — Скосырская — Чернышковский и перешли к обороне.
Противник остановил дальнейшее продвижение войск Юго-Западного фронта за счет ввода в сражение около половины сил армейской группы «Гот», предназначенных для наступления на Сталинград.
19 декабря противник возобновил наступление войск на направлении Котельниково — Сталинград, нарастив усилия свежей танковой дивизией. Тесня войска 51А, противник к исходу 19 декабря вышел к рубежу р. Мышковка. На подготовленном рубеже обороны он был остановлен развернутыми заблаговременно двумя ограниченно боеспособными стрелковыми дивизиями и подошедшими головными дивизиями 2УдА, которая развертывалась в полосе межу 51А и 5УдА. В период 20—23 декабря противник предпринял попытки прорвать оборону Сталинградского фронта, но они успеха не имели. В это время основные силы армейской группы «Гот» в районе Тормосин, развернутые фронтом на север, вели ожесточенные бои с войсками Юго-Западного фронта в районах Тацинская, Морозовский и поддержать наступление котельниковской группировки не могли. 24 декабря противник был вынужден ослабить котельниковскую группировку, перебросив входившую в ее состав 6 тд в район Тацинская — Морозовский. По реально складывающейся обстановке это означало, что план наступления противника с целью деблокады окруженной под Сталинградом группировки окончательно сорван, ударная группировка наступательный потенциал полностью утратила.
23 декабря 2 гв. А, приняв от 5УдА 7 тк, развернулась на рубеже р. Мышковка от нп Шабалинский до нп Капкинский; сосед справа — 14 кав.к и мсд первого эшелона 5УдА; сосед слева — 51А на рубеже Капкинский — Гнилоаксайская — Обильное — оз. Сарпа (южн.). Соотношение сил сторон на котельниковском направлении изменилось в пользу Сталинградского фронта. В полосе подготовившейся к наступлению 2 гв. А наши войска в 2 раза превосходили войска противника по численности.
24 декабря 2 гв. А перешла в наступление, нанося главный удар в направлении на Котельниково с севера. Другой удар наносила 51А с северо-востока по сходящемуся направлению Гнилоаксайская — Котельниково. 13 мк и 3 гв. мк 51А перешли в наступление с рубежа 10—40 км северо-западнее нп Обильное в направлении на районы Шебалин и Заветное, Зимовники для глубокого охвата с юга котельниковской группировки противника.
26 декабря войска 2 гв. А, прорвав оборону противника, вышли на южный берег р. Аксай. Попытки противника остановить продвижение наших войск успеха не имели, и 27 декабря 7 тк 2 гв. А прорвался к западной окраине Котельниково, 28 декабря к Котельниково подошел 6 мк 2 гв. А. Совместными усилиями 29 декабря войска 2 гв. А овладели районным центром.
26 декабря войска 51А перешли в наступление, вынудили противника к отходу и развивали наступление в юго-западном направлении. 28 декабря 13 мк и 3 гв. мк, преследуя отходящего противника, вышли на рубеж Шебалин — Заветное. Организованного сопротивления наступающим войскам 51А противник оказать не мог и поспешно отходил в западном и юго-западном направлении.
29 декабря частью сил 2 гв. А вышла в район Верхне-Курмоярская, переправилась на правый берег р. Дон и начала наступление на Тормосин с юга. Одновременно войска перешедшей в наступление 5 УдА продвигались в направлении на Тормосин с северо-востока. Под угрозой окружения противник был вынужден начать поспешный отвод войск тормосинской группировки армейской группы «Гот».
30 декабря войска Сталинградского фронта вышли на рубеж иск. Бол. Осиновка — Тормосин — Ниж. Курман — Комиссаровский — вост. нп Зимовники. 28А одновременно, тесня 16 мд противника, вышла на рубеж зап. нп Степной.
Таким образом, к исходу 31 декабря 1942 г. второй этап контрнаступательной операции группы фронтов завершился. Цель второго этапа была достигнута; стало ясно, что деблокировать окруженную группировку противника не удастся. Линия фронта к концу этапа проходила по рубежу Нов. Калитва — Марковка — Чертково — Волошино — сев. Миллерово — Ильинка — Скосырская — Чернышковский — Обливская — Суровикино — Бол. Осиновка— Тормоси — Ниж. Курман— Комиссаровский — вост. нп Зимовники — зап. нп Степной. Противник понес тяжелые потери. Были созданы условия для ликвидации окруженной под Сталинградом группировки противника. Успешное проведение наступательной операции Юго-Западного фронта и решительное поражение, которое нанес группе армий «Дон» Сталинградский фронт, создали условия для овладения Советскими Вооруженными Силами стратегической инициативой и перехода в наступление на Юго-Западном стратегическом направлении, а также активизации действий на других участках советско-германского фронта.
С завершением этапа был проведен ряд крупных организационных мероприятий, в том числе: с 1 января 1943 г. 62, 64, 57А Сталинградского фронта, действовавшие на внутреннем фронте окружения, были переданы в состав Донского фронта; 5УдА была передана в состав юго-западного фронта; Сталинградский фронт был переформирован в Южный фронт (2 гв. А, 51, 28А).
С 1 января 1943 г. началась непосредственная подготовка к проведению третьего этапа контрнаступательной операции на сталинградском направлении. Решение задачи по ликвидации окруженной под Сталинградом группировки противника возлагалось на войска Донского фронта.
Войска на внешнем фронте окружения готовились к переходу в наступление: Южный фронт завершал подготовку к наступлению в общем направлении на Ростов; Юго-Западный фронт проводил подготовку к наступлению на ворошиловградском направлении.