Командующий немецкой 6-й армией генерал Паулюс сразу почувствовал надвигающуюся угрозу, но своевременных контрмер не принял. Только в 22 часа последовал приказ командующего группой армий «Б» генерала М. фон Вейхса:
В полосе Донского фронта артиллерийская подготовка продолжалась 80 минут. После этого в атаку пошли пехота и танки. Однако успех 65-й армии в первый день был незначительным. За день она продвинулась на направлении главного удара лишь на 3—5 км. Такой низкий темп был обусловлен просчетами, допущенными при планировании применения артиллерии.
Рокоссовский к этому времени уже покинул 65-ю армию и выехал в 24-ю армию. Ее войска после часовой артиллерийской подготовки 22 ноября перешли в наступление вдоль левого берега Дона, но успеха не достигли. Удача не сопутствовала армии и на следующий день: противник имел хорошо подготовленную оборону. Кроме того, как вспоминал впоследствии один из офицеров этой армии, противник применил военную хитрость. Перед войсками 24-й армии находилась широкая нейтральная полоса, которой воспользовался враг, расположив на ней значительные силы и огневые средства. Разведка армии не обратила внимания на эту полосу, не подозревая, что именно она может послужить причиной срыва наступления. В период артиллерийской подготовки вся нейтральная полоса осталась без огневого воздействия. Поднявшаяся в атаку пехота была встречена там губительным огнем пулеметов и автоматов и, понеся значительные потери, отошла в исходное положение.
20 ноября нанес удар Сталинградский фронт. К середине дня его войска прорвали оборону противника, и только теперь командующий 6-й армией генерал Паулюс понял, что происходит. Войска Юго-Западного и Сталинградского фронтов еще не сомкнули кольца окружения, а Паулюс 22 ноября в 18 часов уже радировал: «Армия окружена…, запасы горючего скоро кончатся, танки и тяжелое оружие в этом случае будут неподвижны. Прошу дать мне свободу в решении оставить Сталинград». В отличие от Паулюса, в Берлине еще продолжали предаваться иллюзиям об отсутствии у советского командования значительных резервов. Гитлер, стремясь морально поддержать генерал-полковника Паулюса, направил ему 22 ноября следующую радиотелеграмму: «6-я армия временно окружена. Я знаю 6-ю армию и ее командующего и знаю, что в создавшемся положении они будут стойко держаться. 6-я армия должна знать, что я делаю все, чтобы ей помочь и выручить ее. Я своевременно отдам ей свои приказы».
23 ноября войска Юго-Западного и Сталинградского фронтов соединились в районе Калач-на-Дону, хутор Советский. После этого 64, 57, 21, 65, 24-я и 66-я армии получили возможность развивать наступление на Сталинград, сжимая внутреннее кольцо окружения противника. В окружении оказались 22 дивизии и более 160 отдельных частей общей численностью 330 тыс. человек. Это было значительно больше, чем предполагалось, поэтому возникла проблема с ликвидацией окруженной группировки, так как выделенных сил явно не хватало. Кроме того, нельзя было допустить прорыва войск 6-й полевой и 4-й танковой армий из котла, а для этого следовало провести сложные перегруппировки, усилить внешний и внутренний фронты окружения.
Таким образом, Юго-Западный и Сталинградский фронты успешно справились с поставленной задачей. Войска Донского фронта значительно отставали от них. Это вызвало недовольство Сталина, который в директиве № 170693, направленной около восьми часов вечера 23 ноября Рокоссовскому, отмечал:
