Для решения этих и других разведывательных задач командование ГРУ ГШ КА планировало активно использовать действующие зарубежные резидентуры, а также забросить на территорию Германии несколько разведгрупп и отдельных разведчиков для организации разведки в Берлине, Кёльне, Вене, Гамбурге, Лейпциге, Мюнхене и в других городах Германии. Ответственным за выполнение этих задач были старший помощник начальника германского отдела ГРУ военинженер II ранга К. Б. Леонтьев, сотрудники отдела капитан М. И. Полякова и старший лейтенант В. В. Бочкарёв. Планировалось также восстановить связь с резидентурой в Берлине, которой руководила Ильзе Штебе («Альта»). Центр не знал о том, что германская контрразведка проводит операцию «Красная капелла» и уже арестовала значительную часть разведчиков, входивших в состав агентурной сети в Европе. Поэтому Центр планировал восстановить связь с разведчиками И. Венцелем, К. Ефремовым, Г. Робинсоном[8].
Значительный вклад в обеспечение разгрома немецких войск под Сталинградом внесла резидентура «Дора». В январе-октябре 1942 года Шандор Радо направил в Центр 800 шифрованных радиограмм (около 1100 листов текста). За период контрнаступления советских войск в ходе Сталинградской битвы (ноябрь 1942 — март 1943) Радо направил в Центр ещё около 750 радиограмм.
Главной особенностью деятельности «Доры» было добывание упреждающих сведений о противнике. Резидентура давала своевременные ответы на запросы Центра о тыловых оборонительных рубежах немцев юго-западнее Сталинграда, о резервах в тылу Восточного фронта, о планах немецкого командования в связи с наступлением Красной армии под Сталинградом.
Активно действовала и резидентура военной разведки «Брион» в Лондоне под руководством генерал-майора танковых войск И. А. Склярова. В 1942 году Скляров направил в Центр 1344 донесения, а в январе-феврале 1943-го ещё 174.
Сотрудник «Бриона» подполковник И. М. Козлов (оперативный псевдоним «Вилтон») руководил деятельностью ценного источника «Долли», который проходил службу в британском военном ведомстве. «Долли» имел доступ к перехваченным и дешифрованным текстам радиограмм германского верховного командования и японского посла в Берлине и другим секретным документам. Сведения «Долли» были весьма ценными и неизменно получали в Центре высокие оценки[9].
В течение 1942 года «Долли» ежемесячно передавал Козлову от 20 до 28 расшифрованных британцами немецких радиограмм о переговорах Риббентропа с японским, венгерским и румынским послами, указания генштаба германских сухопутных войск командирам частей на Сталинградском фронте, распоряжения Геринга командованию германской воздушной армии, которая поддерживала армию Паулюса. Донесения источника «Долли» начальник военной разведки часто докладывал Сталину, Жукову и Василевскому.
Накануне и в ходе Сталинградской битвы значительных успехов добилась радио-разведка[10].
По экспертной оценке участника Великой Отечественной войны генерал-лейтенанта П. С. Шмырёва, радиоразведка в период наступления немцев под Сталинградом не выявила направление главных ударов немецких войск и не смогла в должной мере вскрыть реорганизацию, проведённую противником, затронувшую разделение группы армий «Юг» на группы армий «А» и «Б». В ходе быстро развивавшегося танкового наступления немцев фронтовые части радиоразведки систему радиосвязи немецкой армии в оперативном звене контролировали слабо, а в тактическом (дивизия — полк) вообще исключили из наблюдения.
Неудачи заставили отдел радиоразведки ГРУ принять дополнительные меры. Фронтовые радиодивизионы стали располагаться на удалении 40–50 км от линии фронта, что позволило вести наблюдение за дивизионными радиосетями немцев.
К началу оборонительного периода Сталинградской битвы 394-й и 561-й радиодивизионы Сталинградского фронта уже достаточно полно вскрыли и начали непрерывно наблюдать радиосвязь группы армий «Б» и входивших в её состав 6-й полевой и 4-й танковой армий. К началу контрнаступления советских войск радиоразведка вскрыла группировку немецких войск и их союзников перед Юго-Западным, Донским и Сталинградским фронтами. В ходе контрнаступления радиоразведка фронтов достаточно полно освещала состояние и деятельность войск противника, вскрывала подготовку их контратак и переброску резервов.
Непосредственное руководство радио-разведкой в Сталинградском сражении осуществляли начальники отделений радиоразведки штабов фронтов Н. М. Лазарев, И. А. Цейтлин, а также командиры частей радиоразведки К. М. Гудков, И. А. Лобышев, Т. Ф. Лях, Н. А. Матвеев. Два радиодивизиона ОСНАЗ (394-й и 561-й) за успешное ведение разведки противника были награждены орденами Красного Знамени.
Сотрудники дешифровальной службы военной разведки в 1942 году раскрыли принцип действия германской шифровальной машинки «Энигма» и стали читать зашифрованные с её помощью немецкие радиограммы.