В его распоряжение поступили полк, состав которого был сформирован из молодых офицеров, выпускников Московского пехотного училища им. Верховного Совета РСФСР (полк вошел в историю под именем «курсантский») и 316-я стрелковая дивизия генерал-майора И. В. Панфилова, а также 3-й кавалерийский корпус генерал-майора Л. М. Доватора. Вскоре под Москвой была восстановлена сплошная линия обороны, и завязались упорные бои. Об этой битве Рокоссовский так написал в 1948 году:
«В связи с прорывом обороны на участке 30-й армии и отхода частей 5-й армии войска 16-й армии, сражаясь за каждый метр, в жестоких боях были оттеснены к Москве на рубеже: севернее Красной Поляны, Крюково – Истры, и на этом рубеже в жестоких боях окончательно остановили немецкое наступление, а затем перешли в общее контрнаступление, совместно с другими армиями. Враг был разбит и отброшен далеко от Москвы».
Именно под Москвой Рокоссовский приобрел полководческий авторитет. За эту битву был награжден орденом Ленина. Командующие Западным (генерал армии Г. К. Жуков) и Калининским (генерал-полковник И. С. Конев) фронтами награждены не были. В этот период в 85-м походно-полевом госпитале при штабе армии он познакомился с военврачом 2-го ранга Галиной Васильевной Талановой.
Рокоссовским были предложены наброски плана операции «Уран» по окружению и уничтожению вражеской группировки, наступавшей на Сталинград.
Город решено было удержать любой ценой. Газеты повторяли слова снайпера Василия Зайцева: «За Волгой для нас земли нет!» Бои в самом городе продолжались более двух месяцев. В военной истории почти неизвестны столь упорные городские сражения. Каждый дом превращался в крепость, и бой шел за каждый этаж или подвал, за каждую стену.
Это была битва на истощение, причем боевой дух немецких солдат и офицеров в ходе ее заметно слабел. Противник трижды шел в наступление на город – в сентябре, октябре и ноябре. Каждый раз немцам удавалось прорваться к Волге в новой точке. Казалось, еще одно небольшое усилие – и Сталинград будет взят.
К ноябрю немцы захватили почти весь город, обращенный в сплошные руины. От реки их отделяла только узкая, шириной в сотни метров полоска.
И все же благодаря упорному и активному сопротивлению советских бойцов летне-осеннее наступление вермахта на южном фланге советско-немецкого фронта захлебнулось. Гитлер 14 октября 1942 года был вынужден отдать приказ о переходе немецко-фашистских войск к обороне.
Ну а Ставка утвердила основные наметки плана контрнаступления под Сталинградом.
Довели этот план до четко расписанной схемы взаимодействия подразделений генерал армии Георгий Жуков и начальник Генерального Штаба генерал-полковник Александр Василевский.
Разработанный план контрнаступления в своем окончательном виде отличался целеустремленностью и смелостью замысла. Масштабы планируемых наступательных действий были огромны. Контрнаступление войск Донского, Сталинградского и образованного 25 октября 1942 года Юго-Западного фронтов имело своей целью окружение и уничтожение крупнейшей группировки противника.
Эта единая стратегическая операция трех фронтов должна была развернуться на территории площадью 40 тысяч квадратных километров. Войскам, совершающим основной маневр на окружение врага, предстояло с боями преодолеть расстояние 120 – 140 километров с севера и до 100 километров с юга.
Особенностью операции являлось и то, что одновременно создавалось два фронта окружения – внутренний и внешний. Срок начала операции был установлен для Юго-Западного и Донского фронтов – 9 ноября, а для Сталинградского фронта – 10 ноября.
Разница в сроках перехода в наступление обусловливалась различной глубиной предстоящих операций Юго-Западного и Сталинградского фронтов, ударные группировки которых должны были одновременно выйти в район Калача и хутора Советский. В дальнейшем сроки начала наступления были перенесены на 10 дней, главным образом из-за трудностей с подвозом в районы сосредоточения войск боеприпасов и ГСМ.
Для подготовки контрнаступления Ставка располагала значительными резервами, которые стягивались в район Сталинграда к участкам намеченных прорывов. Из состава Брянского фронта в состав Юго-Западного перебрасывалась 5-я танковая армия, которая должна была стать главной ударной силой. В целом на Сталинградском направлении наши войска превосходили противника к моменту перехода в контрнаступление по личному составу в 1,1, по орудиям и минометам в 1,5, по танкам в 2,2, по самолетам в 1,1 раза.
Историческое контрнаступление советских войск под Сталинградом началось 19 ноября 1942 года. В этот день перешли в наступление войска Юго-Западного и правого крыла Донского фронтов. Артиллерийская подготовка началась в 7:30 залпом реактивных установок. Почти полтора часа более 3500 орудий и минометов громили оборону врага. Из-за сильного тумана и плохой видимости пришлось отказаться от применения авиации.