В силу всех этих причин советские войска уже в первый день операции вошли в оборону румынской пехоты, как раскаленный нож в масло. 5-я танковая и 21 -я армии Юго-Западного фронта в первый же день наступления прорвали тактическую зону обороны противника. Однако отсутствие авиационной подготовки и затруднение с корректировкой артиллерии заставили ввести в бой уже в середине первого дня с целью завершения прорыва танковые корпуса. Выполнив эту задачу с хода, танковые корпуса продвинулись на 30—35 км в глубину построения войск противника и вышли в районы Медвежьего, Перелазовского и Манойлина. Войска правого фланга 65-й армии Донского фронта в первый день операции вклинились в оборону противника на 3—5 км.
Следующим ходом было сокрушение оперативных резервов противника. На следующий день советские войска, развивая наступление, на полном ходу врезались в XXXXVIII танковый корпус. Советская разведка не вскрыла появление 22-й танковой дивизии немцев, и столкновение с ней было в значительной степени неожиданным. Не ввязываясь в бой, 1-й танковый корпус В.В.Буткова свернул на Перелазовский. Отбивать атаки немецких танков предстояло 8-му кавалерийскому корпусу. Танковым корпусам нужно было как можно быстрее двигаться вперед. Борьба с неожиданно появившейся 22-й танковой дивизией согласно приказу командующего армией была возложена на 8-й кавалерийский корпус и подошедшие стрелковые дивизии 5-й танковой армии. 1-й танковый корпус, развивая наступление, к исходу 22 ноября вышел на р. Лиска в 15—20 км севернее ее устья. Менее сильным противником была румынская танковая дивизия. 26-й танковый корпус А.Г.Родина отбросил ее 20 ноября из района Перелазовского к востоку и, продолжая наступление на юго-восток, к утру 22 ноября выдвинулся на Дон в районе Калача. Здесь корпус захватил переправу через Дон. Наступавший в полосе 21-й армии 4-й танковый корпус А.Г.Кравченко к вечеру 21 ноября вышел к Дону севернее Калача. За спиной 6-й армии постепенно выстраивался заслон, пока еще неплотный и состоящий из подвижных соединений.
Стрелковые войска 5-й танковой и 21-й армий ударами частей своих внутренних флангов охватили войска двух румынских корпусов в районе Распопинской, а остальные их силы, используя успех танковых корпусов, быстро продвигались вперед.
Советские войска начинали чувствовать вкус «молниеносной войны». Характерный эпизод произошел в 26-м танковом корпусе при захвате переправы через р. Дон. Командир корпуса создал передовой отряд под командованием командира 14-й мотострелковой бригады подполковника Филиппова. В состав передового отряда вошли две роты мотострелковой бригады, 5 танков 157-й танковой бригады и бронемашины от 15-го разведывательного батальона. В ночь на 22 ноября передовой отряд двигался в глубоком тылу противника на полном ходу с включенными фарами. Охрана переправы приняла наступающие советские войска за свои части. Передовой отряд беспрепятственно подошел к переправе, перебил охрану и захватил мост, заняв оборону на нем.
Днем 22 ноября 26-й танковый корпус главными силами вышел к Дону в районе Калача, переправив на восточный берег 19-ю танковую бригаду. Параллельно 26-му корпусу двигался 1-й танковый корпус.
На следующий день после начала наступления Юго-Западного фронта, 20 ноября 1942 г., перешли в наступление ударные группировки Сталинградского фронта. Переход в наступления осуществлялся поочередно, по мере того как рассеивался туман. Так, ударные группировки 51, 57-й и 64-й армий начали атаки соответственно в 8.30, 9.30 и в 14.30. Наступлению пехоты предшествовала артиллерийская подготовка атаки длительностью в 57-й армии 1 час 15 минут и в 51-й армии 60 минут. Непосредственная авиационная подготовка атаки в полосе Сталинградского фронта, так же как и в полосах Юго-Западного и Донского фронтов, из-за плохой погоды не проводилась.
Поскольку противник был тот же самый, что и на севере — румынская пехота, — наступающие соединения фронта уже в первый день прорвали оборону противника южнее Сталинграда. Усугубило хаос в румынской пехоте то, что она находилась в процессе передачи из 4-й танковой армии немцев в управление 4-й румынской армии. В достигнутый в первый день прорыв командованием фронта были введены 13-й и 4-й механизированные и 4-й кавалерийский корпуса.
4-й механизированный корпус В.Т.Вольского к 12.00 22 ноября достиг рубежа Мариновка, Советский и 23 ноября установил связь с 4-м и 26-м танковыми корпусами Юго-Западного фронта, овладевшими в этот день Калачом. Оперативным резервом немцев на этом направлении была 29-я моторизованная дивизия. В первый день советского наступления ее собирались направить на север, в подчинение XXXXVIII танкового корпуса. Однако начало советского наступления к югу от Сталинграда вынудило бросить дивизию в контрнаступление. После первого удачного контрудара дивизия была отброшена на запад и вынуждена перейти к обороне. Противником 29-й моторизованной дивизии был 13-й механизированный корпус. Наступая далее, корпус вскоре вышел на реку Червленная.
Одновременно началось образование внешнего фронта окружения. 4-й кавалерийский корпус генерал-майора Т.Т.Шапкина уже в ночь на 21 ноября выдвинулся в район Абганерово и к исходу 23 ноября — на рубеж Аксай, Уманцево. Непосредственно за корпусом, а также левее его в направлении на Садовое выдвигались стрелковые дивизии 51-й армии.
Уже в первые дни советского наступления Ф.Паулюс начал снимать дивизии из района Сталинграда и бросать их в район Калача. Достаточно быстро могли быть выдвинуты только подвижные соединения. Соответственно были сняты с фронта и начали марш в тыл 14, 16-я и 24-я танковые дивизии. Однако они вступили в бой уже на восточном берегу Дона, после того как советские войска овладели Калачом.
22 ноября в 18.00 командующий 6-й армией передал по радио донесение в штаб группы армий «Б», начинавшееся словами: «Армия окружена». Положение армии было обрисовано в самых черных красках:
«Запасы горючего скоро кончатся, танки и тяжелое оружие в этом случае будут неподвижны. Положение с боеприпасами критическое. Продовольствия хватит на 6 дней».
В ответ на донесение Паулюса Гитлер вечером 22 ноября отдал приказ:
«6-й армии занять круговую оборону и выжидать деблокирующего наступления извне».
К моменту, когда Паулюс отправил свое донесение, уже были сделаны шаги по подготовке деблокирующего удара. Уже 21 ноября штаб 11-й армии Э. фон Манштейна получил приказ на переброску на южный сектор фронта. С целью более четкой координации действий армий, участвующих в боях западнее и южнее Сталинграда, штаб 11-й армии в качестве штаба группы армий «Дон» должен был принять командование 4-й танковой армией, 6-й армией и остатками 3-й румынской армии.
Строго говоря, окружение 6-й армии было завершено советскими войсками только 23 ноября. В этот день войска 64-й и 57-й армий Сталинградского фронта прочно заняли рубеж по реке Червленная, закрыв пути отхода противнику на юг, а к Дону, в районе Калача, вышли передовые отряды стрелковых дивизий 21-й армии Юго-Западного фронта. К моменту донесения Паулюса об окружении его армии было лишь прервано ее сообщение с тылом по основной коммуникации, проходившей через Калач.
На 22 ноября еще оставались узлы сопротивления 3-й румынской армии в полосе наступления Юго-Западного фронта. К 23 ноября полностью были пленены 5, 6, 13-я и 15-я пехотные дивизии румын. Всего войска Юго-Западного фронта захватили около 55 тыс. пленных, 1000 орудий, 3200 пулеметов и огромное количество других видов вооружения, боеприпасов и военного имущества.
Левофланговые дивизии 1-й гвардейской армии с 19 по 23 ноября расширяли прорыв Юго-Западного фронта в сторону правого фланга и выдвинулись на верхнее течение р. Кривая. Тем самым северная «клешня» наступления обеспечивалась от удара с фланга. Южнее на р. Кривая и р. Чир выдвигались стрелковые дивизии 5-й танковой армии, разгромившие 7-ю кавалерийскую дивизию румын и вступившие в бой с 22-й танковой дивизией немцев. Еще южнее — в район Усть-Грязновский — на р. Чир выдвинулся 8-й кавалерийский корпус, а в район Обливской — 8-й мотоциклетный полк. Пойманную в кольцо армию требовалось еще удержать в захлопнувшейся западне.
