Со своей стороны советское командование активно готовилось к развитию наступления на запад и сокрушению окруженных в Сталинграде войск противника. 8 декабря последовала директива Ставки ВГК № 170699 на формирование 5-й ударной армии в составе 4-й гвардейской, 258, 300, 315-й и 87-й стрелковых дивизий, 4-й механизированный корпус, 7-й и 23-й танковые корпуса и 3-й гвардейский кавалерийский корпус. Армия, которую возглавил генерал-лейтенант М.М.Попов, развернулась между 51-й армией Сталинградского фронта и 5-й танковой армией Юго-Западного фронта на внешнем фронте окружения Сталинграда. В район Сталинграда несколько позже прибыла 2-я гвардейская армия под командованием генерал-лейтенанта Р.Я.Малиновского. Первоначально ее планировалось использовать для проведения операции «Сатурн» (развития наступления под Сталинградом) из района Калача в направлении на Ростов – Таганрог. Погрузка частей армии в эшелоны для следования на фронт началась в первых числах декабря. В сутки грузилось 18 и больше эшелонов, а всего для перевозки использовалось 165 железнодорожных составов. Разгрузка производилась северо-западнее Сталинграда, на станциях Иловля, Арчеда, Калинине, Липки, Качалино, разъездах Тишкин, 536-й км. Первые эшелоны стали прибывать к местам разгрузки 10 декабря и сразу же направлялись в район сосредоточения – Вертячий, Песковатка.

Пока каждая из сторон готовилась к реализации собственных планов, не зная, какие сюрпризы готовит противник. К вечеру 11 декабря в районе Котельниково сосредоточился LVII танковый корпус в составе 6-й и 23-й танковых и 15-й авиаполевой дивизий. Основные силы 4-й румынской армии были перегруппированы к востоку от Котельниково. Операция по деблокированию армии Паулюса получила кодовое наименование «Зимняя гроза» (Wintergewitter).

Утром 12 декабря LVII танковый корпус перешел в наступление по обе стороны железной дороги. Противником наступающих танковых дивизий стали 302-я и 126-я стрелковые дивизии 51-й армии. Под ударами танков советские войска вынуждены были отойти на р. Аксай. Свежая танковая дивизия была сильным аргументом. Переправившись через р. Аксай, 6-я танковая дивизия вышла к селению Верхне-Кумский. Ей навстречу были выдвинуты части 4-го механизированного корпуса В.Т.Вольского. Механизированные бригады подходили к Верхне-Кумскому с трех сторон, намереваясь окружить и уничтожить прорывающуюся к Сталинграду 6-ю танковую дивизию. Командир дивизии Эрхард Раус принял нестандартное решение: небольшими частями закрепиться в Верхне-Кумском, а боевой группой вокруг танкового полка обходить селение против часовой стрелки, каждый раз сталкиваясь с механизированной бригадой корпуса В.Т.Вольского (уже успевшего понести потери в ходе окружения сталинградской группировки) при своем численном превосходстве. В итоге 13 декабря разыгралось «вращающееся» танковое сражение, в котором проявились качества модернизированных танков Pz.IV с длинноствольным орудием в качестве танкоборцев.

Прорыв к р. Аксай и начавшееся перемалывание соединений 51-й армии означали реальную опасность прорыва внешнего фронта окружения. Ставкой ВГК были немедленно приняты меры по построению плотного заслона на пути прорывающегося к Сталинграду танкового клина немцев. Уже 14 декабря в 22.30 директивой № 170708, адресованной своему представителю А.М.Василевскому, Ставка ВГК потребовала: «Ввиду изменившейся обстановки на юге осуществление первого этапа операции «Кольцо» отложить» (Русский архив: Великая Отечественная: Ставка ВГК. Документы и материалы. 1942 г… С. 467). Соответственно 2-ю гвардейскую армию предлагалось «форсированным маршем двинуть на юг и расположить в тылу частей, действующих против котельниковской группы противника» (там же).

Пока шло сосредоточение 2-й гвардейской армии, 51-я ударная армия продолжила сражение с пробивающейся к Сталинграду группировкой противника. Атака Гота 16 декабря сводным танковым полком из танков 6-й и 17-й танковых дивизий успеха не принесла. На следующий день немецкие подвижные соединения были вынуждены атаковать хорошо окопавшихся советских пехотинцев своей мотопехотой.

Тем временем войска 2-й гвардейской армии 17 декабря силами двух дивизий и одного механизированного корпуса лишь начинали сосредоточиваться на оборонительном рубеже. В 24.00 приказом командующего Сталинградским фронтом 87-я стрелковая дивизия, 4-й кавалерийский корпус и 4-й механизированный корпус со всеми средствами усиления были подчинены командующему 2-й гвардейской армией Р.Я.Малиновскому.