Когда утром 19 декабря войска Манштейна вышли к реке Мышкова, полагая, что отсюда откроется беспрепятственный путь к окруженной группировке Паулюса, они неожиданно для себя натолкнулись на жесткую оборону неизвестно откуда оказавшихся здесь советских войск. Это были передовые соединения 2-й гвардейской армии, принявшие на себя танковый удар противника буквально в 35-40 километрах от окруженных под Сталинградом немецко-фашистских соединений.
Для Бирюзова наступили тяжелые дни и ночи. Ведь 2-я гвардейская армия вступила в бой почти с марша, штабу пришлось работать с предельным напряжением: надо было организовать разведку и управление войсками, обеспечить надежное взаимодействие соединений, создать бесперебойную систему связи. Этим обеспечивалась постоянная жизнь и боевая деятельность войск армии. Но нужно было еще разработать план основной операции. Бирюзов, по крупицам собрав все, что было известно о противнике, о составе вражеской группировки, направлении его главных усилий, представил командующему армией свои соображения. Вместе с Малиновским они доложили решение на операцию командующему Сталинградским фронтом генералу Еременко и представителю Ставки генералу Василевскому. План, окончательно утвержденный Верховным Главнокомандующим, предусматривал отразить натиск противника на рубеже реки Мышкова, истребить в оборонительных боях его танки и, начав наступление 24 декабря во взаимодействии с 51-й армией, окружить и уничтожить основные силы врага на рубеже реки Аксай. Затем, развивая наступление, завершить разгром противника и выйти в район Котельников а.
С получением согласия Ставки на проведение наступательной операции Бирюзов отправился на передовые позиции, чтобы лично проверить, как гвардейцы держат оборону на рубеже реки Мышкова. Берега реки буквально кипели от взрывов. Казалось, огненный смерч метался по засыпанной черным снегом долине реки, оставляя за собой развороченные глыбы льда и рваные дымящиеся воронки. В этот день крупную фигуру начштаба видели и в траншеях, и на боевых позициях артиллеристов, стрелявших по фашистским танкам прямой наводкой. Следя за действиями артиллеристов, которые, сбросив полушубки и ватники, сноровисто действовали у орудий в одних гимнастерках и матросских бушлатах, он с удовольствием отмечал про себя, что никто из них не обращает на него внимания: значит, до предела поглощены делом.
Видя, что оборона предельно напряжена, а вражеские танки прорываются на занятый частями армии берег реки, Бирюзов приказал выдвинуть дополнительные противотанковые средства в боевые порядки пехоты и доложил об этом командарму, который поддержал его решение.
На следующий день противник, совершив перегруппировку, все свои танковые части бросил в бой на левом крыле армии, стремясь единым бронированным тараном пробить брешь и прорваться к окруженным войскам по кратчайшему направлению, через станицу Васильевку. Однако командарм и начальник штаба предусмотрели этот вариант, расположив в тылу оборонявшейся здесь 49-й гвардейской дивизии 2-й гвардейский корпус генерала К. В. Свиридова. Корпус этот предназначался для будущего контрудара.
Сознание того, что за обороняемыми позициями находится мощный танковый резерв, укрепляло стойкость гвардейцев-пехотинцев в бою, а действия врага делало менее уверенными и нервными. Одновременно стрелковые дивизии перешли в контратаку по всему переднему краю обороны армии, дезорганизуя и распыляя силы врага, пытавшегося сосредоточить их в направлении Васильевки. План противника был сорван.
Пять дней и ночей продолжались неистовые атаки врага. Пять суток мужественно отбивали гвардейцы яростный натиск, но позиций своих не уступили. Более того, соединения 2-й гвардейской армии захватили ряд важных плацдармов на южном берегу реки Мышкова, столь необходимых для обеспечения последующих наступательных действий.
В ночь на 24 декабря после тщательного обсуждения Военным советом армии деталей намеченного на завтра наступления Бирюзов представил на подпись командующему окончательный проект боевого приказа и попросил разрешения вновь отправиться в район Васильевки, где изготовились к наступлению части 13-го гвардейского стрелкового корпуса генерал-майора Чанчибадзе.
Малиновский, смертельно уставший за эти дни, внимательно оглядел своего начальника штаба... Высокий, худой, с ввалившимися щеками на потемневшем лице — видно было, что держался из последних сил, но держался.
— Хочешь быть в двух ипостасях, Сергей Семенович, — начальника штаба армии и наставника командира корпуса, — устало пошутил Малиновский. — Смотрите, не поссорьтесь там с Чанчибадзе: ему энергии и самостоятельности тоже не занимать.
— Отпустите его, Родион Яковлевич, — смеясь, заступился член Военного совета Ларин, — с Чанчибадзе они уже сговорились. А энергия там втройне нужна. Немцы в районе Васильевки прямо-таки вцепились в нашу оборону. Для обоих дел хватит. Вы же знаете, что руководство штабом он не ослабит ни на минуту...