這樣，華西列夫斯基便成了南部戰線斯大林格勒地域戰鬥的總負責人。隨後，朱可夫便奉命去了西線，而華西列夫斯基則直接到了斯大林格勒前線。
由於擔任此次戰役突擊任務的西南方麵軍把司令部設在了綏拉菲莫維奇市。為了方便協調指揮，總參謀部便在這裏也給華西列夫斯基準備了一個協調三軍（西南方麵軍、頓河方麵軍和斯大林格勒方麵軍）的指揮所。
11月17日，華西列夫斯基經過戰前巡回檢查，正準備於當天搬到自己的前線指揮所去。恰在這時，他突然又接到斯大林的電話指示，要他必須在18日到莫斯科討論問題，具體什麼問題沒做任何透露。
第二天，華西列夫斯基如約來到克裏姆林宮，斯大林和全體國防委員正在那裏開會。斯大林立即接待了他，並把一封信交給他，請他仔細加以研讀。說完，斯大林便回自己的辦公室繼續開會去了。
在一間被指定隻有他一人才能進出的房間裏，華西列夫斯基急忙地展開了這封信。及讀畢，確實令他大吃一驚，並且很有點丈二和尚摸不著頭腦的樣子。
原來，寫這封信的人，正是在即將開始的斯大林格勒戰役中擔負重要突擊進攻任務的機械化第四軍軍長沃利斯基。這封信是他不久前寫給國防委員會的，內容是請求推遲或幹脆取消馬上就要進行的這次戰役。
這位軍長在信中寫道：鑒於進攻開始前敵我兵力和兵器的對比情況，擬議中的斯大林格勒戰役的進攻不僅不會成功，而且必定遭到帶來一切嚴重後果的慘敗。
因此，作為一名忠實的共產黨員，並代表參加這次進攻的其他負責幹部，請求國防委員會立即詳細地檢查就實施這次戰役所作出的決定是否現實，請求推遲這次戰役，或者完全取消這次戰役。
華西列夫斯基把這封信一連看了兩遍，越看越覺得不可思議。他大大地感到驚訝，也極困惑。
他對寫信人雖不很熟悉，但還是了解的。最近幾周，這位軍長一直在參加戰役的準備工作。不論對整個戰役，還是交給他負責的該軍任務，他一次都未表示過異議。
更何況，在前不久的那次總結會議上，他還當麵向大本營代表和方麵軍軍事委員會保證，他的軍將堅決完成任務，並講了自己軍的充分戰鬥力及全體官兵的高昂士氣。
斯大林要他急匆匆地趕回來，就是因為國防委員會要在這個問題上聽聽他的看法。一則，他認識並了解這位寫信人；再者，這位軍長就在他負責協調指揮的部隊中，而且戰役馬上就要開始。
當然，華西列夫斯基是不同意這封信的分析的，他當時就把這一看法告訴了斯大林和國防委員會委員們。
當時，斯大林當著華西列夫斯基的麵就給沃利斯基軍長掛了一個電話，在簡短的談話中，最高統帥並沒有嚴厲地批評這位軍長。然後，他對華西列夫斯基說，他的意見是還把寫信人留在軍裏，因為後者剛剛還表示過一定完成上級交給他們軍的任務。關於他是否還擔任該軍軍長的問題，要按該軍的行動結果再做最後決定。
但是，關於該軍及寫信者本人在戰役頭幾天的作戰表現，他命令華西列夫斯基必須向他提出專門報告。
11月19日清晨，華西列夫斯基就回到謝拉菲莫維奇的指揮所裏。這時，進攻已經開始了。
雖然早晨的濃霧和飛雪使突擊發起時根本不能使用強擊航空兵實施先期轟炸，但各方向的突擊集群仍然進展較快。西南方麵軍的主攻突擊很快就粉碎了羅馬尼亞軍隊的防線，一天之內就向前推進了20多千米。有些集團軍則挺進到了30千米至35千米的縱深。同樣，斯大林格勒方麵軍的突擊行動，也沒有更多地受到惡劣天氣的影響，他們照樣取得了輝煌的戰果。
特別是沃利斯基指揮的機械化第四軍，表現得更加卓越而勇敢。他在第一天之內也率部前進了20多千米，成績非凡。在當天晚上向最高統帥的彙報中，華西列夫斯基特別遵囑談到了該軍的無畏行動。
至此，斯大林心裏才像一塊石頭落了地，自然，華西列夫斯基也為之大大地鬆了一口氣。
23日，按“烏蘭”計劃的預定時間，西南方麵軍和斯大林格勒方麵軍的突擊集群，在頓河方麵軍右翼的積極支援下，像兩把鋒利的鋼刀，巧妙而適時地實施了對卡拉奇方向的向心突擊，從而完成了對斯大林格勒地域德軍第六集團軍和坦克第四集團軍的合圍。
這是自蘇德戰爭爆發以來德國法西斯軍隊所遭到的第一次大合圍。
當晚，華西列夫斯基在自己的指揮所內分別給他調度下的三個方麵軍首長通話，討論戰役形勢並擬定了下一步最適當的行動計劃。隨即，他又把他們的想法和建議直接報告了斯大林。
很快，最高統帥部就複電華西列夫斯基，表示同意他們的建議和下一步部署。
11月24日晨，各方麵軍所屬部隊開始按照既定部署向合圍圈內的敵軍發起攻勢。然而，這次攻勢未達成預期目的，相反在各個方向都遭到了強大敵軍集群的反衝擊。
原來，根據最新的敵情分析，蘇軍前線總指揮機關才知道，他們從行進間消滅被合圍敵軍的計劃所依據的對敵兵力的估計出現了嚴重差錯：當初，他們認為敵保盧斯指揮的集群隻有9萬人，可是實際這時卻有30萬人。所差之多，實在令人為之咋舌。
之所以造成如此嚴重的誤差，是因為他們沒有把敵第六集團軍和坦克第四集團軍在進攻和防禦中補充得到的兵力算進去，也未估計到合圍圈內大量的特種部隊和其他輔助部隊，這些部隊的官兵則多數補進了作戰部隊。
12月初，經過準備和調整，蘇軍又對該部敵軍組織了一次分割性突擊消滅的作戰，但仍無顯著戰果，德軍對合圍他們的蘇軍仍然不斷進行著遠不是沒有活力的反衝擊。
了解到這種局麵後，斯大林非常著急。在12月4日的電報命令中，他批評了華西列夫斯基在最近的第二次突擊進攻中的錯誤。
華西列夫斯基接到最高統帥的電令後，感到很懊悔。他知道，最高統帥所批評的這些全是確實存在的。當然，話說回來，最主要的問題還不在這裏，而是蘇軍自身的力量不夠。這也說明，敵軍雖已被圍，但力量還是相當強大的。更何況，困獸之鬥，是會更加凶猛和不遺餘力的。
稍後，更嚴重的情況發生了。據偵察部門偵知，希特勒和德國統帥部為了給遭到合圍的保盧斯集團和霍特集團解圍，恢複他們在斯大林格勒地域的原態勢，已在這個戰線的東南地段建立了以德軍前副總參謀長曼施坦因元帥為首的頓河集團軍群，所有南線的德軍，包括被合圍的上述兩德軍集團，統一由他負責指揮。
華西列夫斯基還獲悉，為了實施解圍戰役，曼施坦因建立起兩個新的突擊集團：一個在科捷利尼科沃地域，另一個在托爾莫辛地域。
華西列夫斯基立即將這一最新戰局變化報告給最高統帥部大本營，並提出從大本營預備隊中抽調實力雄厚的馬利諾夫斯基中將指揮的近衛第二集團軍和其他部隊前來支援，撥歸頓河方麵軍指揮。
隨後，大本營又決定成立由波波夫中將指揮的突擊第五集團軍，使之以最快速度在西南方麵軍的坦克第五集團軍和斯大林格勒方麵軍的第五十一集團軍之間展開。按命令，該集團軍歸斯大林格勒方麵軍指揮。至1942年12月10日左右，曼施坦因麾下的德軍頓河集團軍群已經占領了從維申斯卡亞到馬內奇河的正麵。
在它現編成的大約30個師中，有17個師橫在了蘇西南方麵軍正麵；另外13個師則與斯大林格勒方麵軍的突擊第五集團軍和第五十一集團軍相對峙。其中僅在蘇軍第五十一集團軍對麵就有10個師之眾的強大德軍部隊。
這樣，兩軍目前的敵我力量對比是相當懸殊的：德軍76000人、坦克500輛、火炮和迫擊炮340門；蘇軍隻有34000萬人、坦克77輛、火炮和迫擊炮147門。由此可見蘇軍第五十一集團軍處境之艱難。
12月13日，蘇軍最高統帥部大本營終於批準了華西列夫斯基的請求，決定把馬利諾夫斯基的近衛第二集團軍由頓河方麵軍劃歸斯大林格勒方麵軍指揮，並決定暫時放棄原來擬議中的“土星”戰役。
原先，經華西列夫斯基等建議，西南方麵軍和沃羅涅日方麵軍一部的突擊進攻方向是徑直向南，直取羅斯托夫地域，目的是廓清合圍圈外的德軍。後因德軍曼施坦因頓河集團軍群建立，華西列夫斯基又建議改變該戰役，而用這兩部強大蘇軍來抗擊曼施坦因集群；待西南方麵軍和沃羅涅日方麵軍消滅頓河中遊的意大利集團軍後，揮師東南，向莫羅佐夫斯克和托爾莫辛方向突擊，即前出到敵曼施坦因集團軍群的後方。
同時，斯大林還命令說，此後華西列夫斯基的任務便是負責解決敵曼施坦因的解圍部隊，而消滅合圍圈內德軍保盧斯和霍特集團的任務則由新派來的大本營代表、蘇軍炮兵主帥沃羅諾夫負責。在工作中，沃羅諾夫應以華西列夫斯基的副手出現。
12月19日，德軍曼施坦因集團軍猛攻蘇軍第五十一集團軍和突擊第五集團軍防線，防禦正麵被同時撕開了幾道口子。戰鬥呈膠著狀態，梅什科瓦河附近的許多居民點曾多次易手，原先白雪覆蓋下的草原大地，兩天後便全部化成焦土一片。
次日，蘇軍馳援的近衛第二集團軍趕到，部隊還沒有全部展開，前鋒就投入了鋼鐵大戰與血肉廝殺。
敵人的進攻終於被擊退了，草原上布滿了血肉模糊的敵人屍體。近衛第三師在瓦西裏耶夫卡與敵軍的激烈交戰中，雖然傷亡逾半，但終於守住了陣地。
華西列夫斯基事後回憶說：“正是這些日子裏在布滿峽穀的葉爾根地帶的戰鬥，決定了斯大林格勒會戰的命運。”
至12月23日，雖然曼施坦因集群的另一路前鋒部已經衝到了距被合圍的保盧斯集團隻有35千米至40千米的地域，但它卻再也不能前進一步。他們確實時運不濟，或者說是命運乖蹇，蘇第五十一集團軍和突擊第五集團軍的迅猛反突擊，蘇空軍第八集團軍令人膽寒的空中轟炸，終於給近衛第二集團軍的展開贏得了不可缺少的寶貴時間。
待到該集團軍全部展開之後，希特勒援救保盧斯集團的計劃便破產了。因為，此後不久，該集團軍和其他蘇軍部隊便在這裏展開了對曼施坦因集群的大規模反擊。結果，曼施坦因連同他的企圖全都失敗了。
1943年1月8日，蘇軍向保盧斯集團發出了勸降書，答應給戰敗者以體麵的待遇，包括供給足夠的口糧，治療傷員，允許軍官保留自己的武器，並保證戰後將他們全部遣送回國。
但是，正所謂困獸猶鬥，保盧斯不肯放下武器。也許，他這時還在想著戰役勝利後希特勒許諾給他的高級參謀或德國統帥部長官的軍職呢。德軍的所有抵抗和掙紮都變成了徒勞，特別在當前這種被困破城而又待援無望的情況下。
當蘇軍發起進攻並逐步縮小了合圍圈時，也就是戰鬥到第十四天之後的時候，保盧斯向希特勒和德軍統帥部發出了報告，其中說：“潰敗已經不可避免。我請求立即允許投降，以挽救殘部生命。”但是，他的請求沒被批準。而沒有希特勒的批準，他保盧斯也好，其他軍官也好，誰敢投降呢？這樣，保盧斯和他麾下的將士們便不得不躲在城市各個角落的廢墟和瓦礫之中。
冬日漫天的風雪也與他們作對，士兵們有的幹脆放下了武器，他們用凍結的雪塊艱難地積起道道雪牆。盡管如此，他們也被凍得一個個神誌麻木地蜷縮在地上。至於吃的，開始還有麵包，但定量是每天每人一片；15個士兵能分到1000克土豆。而飲水的唯一來源是融化積雪。羅馬尼亞騎兵師所存不多的馬匹，到頭來竟被他們宰食一空。再到後來，他們不得不在廢墟中捕捉狗貓和烏鴉來填充肚子。
1月30日，保盧斯成了蘇軍的俘虜。兩天後，斯大林格勒會戰結束了。