第57集團軍使用兩個師的兵力，突破了敵軍防線。而後，突入的部隊調轉方向撲向西北，從西南麵包圍德軍斯大林格勒集團。
第64集團軍命令自己的左翼部隊3個師轉入進攻，並在規定地段突破了敵人防禦。
之後，方麵軍立即將快速部隊投入了突破口。機械化第13軍、第4軍和騎兵第4軍分別從西北和西南方向奔向德軍的防禦縱深。
16時，第57集團軍的機械化第13軍分成兩個梯隊進入突破口，並成兩路縱隊向前移動。這時，德軍從B集團軍群預備隊裏調來一個德軍摩托化師進行攔截和阻擊，蘇軍的進攻速度不得不降低下來。日終前，他們隻前進了10～15英裏，大大低於計劃的前進30～40英裏。
13時，第51集團軍的機械化第4軍，以一個梯隊進入了突破口。22時，騎兵第4軍緊跟機械化第4軍之後也進入了突破口。在蘇軍進攻部隊的打擊下，在這一地帶作戰的羅馬尼亞第6軍被擊潰。
進攻開始前，蘇聯西南方麵軍與斯大林格勒方麵軍所屬各部隊相距200英裏以上，進攻開始後，他們沿各自的進軍路線勇猛進擊，頑強推進，以便最快地實現對德軍集團的包圍。
11月23日，西南方麵軍所屬第5坦克集團軍第26坦克軍和第21集團軍的第4坦克軍，攻占了頓河東岸重要支撐點卡拉奇，並與前行到蘇維埃茨基的斯大林格勒方麵軍第51集團軍的第4機械化軍會合，從而，完成了對斯大林格勒附近德軍集團主要兵力的合圍。
被圍的德軍部隊為第6集團軍的全部和第4裝甲集團軍的一部，總共22個師，約33萬人。
這樣，三個方麵軍的部隊都完成了他們在進攻戰役中受領的主要任務。他們不僅形成了對德軍集團的戰役包圍，而且擊潰了羅馬尼亞第3集團軍，俘虜5個羅馬尼亞師，重創了羅馬尼亞第4集團軍，並消滅了德軍戰役預備隊坦克第48軍。
11月23日晚，蘇軍總參謀長華西列夫斯基上將到達西南方麵軍指揮部。他與方麵軍和集團軍首長們共同討論了戰役情況，並同斯大林格勒方麵軍、頓河方麵軍的兩位司令員進行了電話交談。隨後，他將所有情況向斯大林作了彙報，並建議：毫無疑問，希特勒匪徒企圖以最大努力從外麵救出被包圍在斯大林格勒的部隊。因而，我們必須盡快地殲滅敵被圍集團，在解決這項任務前，應該及時地建立對外正麵，以此孤立敵被圍集團。在合圍的對內正麵上的3個方麵軍的部隊應從第二天早上，即11月24日，繼續開展殲滅敵被圍集團的戰鬥。
斯大林批準了華西列夫斯基的建議。
11月24日，頓河方麵軍和斯大林格勒方麵軍向被圍在斯大林格勒附近的德軍集團展開進攻。
與此同時，蘇軍開始調整部署，加強防禦對外正麵上的兵力。
從11月24日到30日，蘇軍航空兵在斯大林格勒地域共出動飛機近6000架次，平均每晝夜800餘架次，比德軍航空兵出動架次多4倍，並取得了製空權。
到11月30日日落前，德軍被壓縮至東西約40英裏、南北30～40英裏的地域內。
但是，德軍的抵抗是極其頑強的。而蘇軍的進攻由於準備不夠充分和兵力不足，收效不太明顯。因此，蘇軍最高統帥部命令合圍對內正麵的部隊暫停進攻，著手進行進一步的充分準備。