莫斯科会战胜利后，朱可夫离开总参谋长的岗位，接管了西方面军指挥权，在这个最重要的方向上对德军实施反攻。

　　作为最高统帅部的代表，战争期间朱可夫经常被派往各重要战区，根据战略计划组织重要的现场行动，同时监督最高统帅部命令的执行情况，协调各方面军的行动。因此，他经常离开最高统帅部，有时甚至直接担任某方面军的司令直接指挥作战。

　　1942年8月27日，朱可夫正在波戈列洛耶戈罗季谢附近的西方面军指挥所里组织进攻战役。这时电话铃响了。

　　打来电话的是斯大林的秘书处主任，“朱可夫同志，昨天国防委员会研究了南方的形势，决定任命你为最高副统帅，作为斯大林的代表去斯大林格勒”。

　　稍后，斯大林亲自打来了电话，在询问了西方面军情况之后，斯大林说：“你立刻回莫斯科来。”

　　军情紧急，朱可夫撂下电话，立刻起身飞往莫斯科。

　　当天晚上，朱可夫到了克里姆林宫。在斯大林的办公室里，斯大林向朱可夫正式通报了国防委员会的决定，最后语重心长地对朱可夫说：

　　“千万不能让斯大林格勒落到德国人的手上。”

　　朱可夫明白自己所要担负的是多么重要的使命。他将去的地方是苏德战场目前最重要的地段，那里正在进行的是一场决定性会战，而他的对手是德军第6集团军，这支部队在过去几年的战争中还从没有失过手。

　　朱可夫向斯大林表示：“给我一天时间来研究一下形势，我一定会完成这一光荣的任务。”

　　当晚，朱可夫在总参谋部彻夜未眠。在详细看完了所有的战情通报后，他对怎样采取行动有了一个初步的方案。

　　天一亮，朱可夫就动身前往斯大林格勒。4个小时后，他到达了目的地。已先期抵达那里的华西列夫斯基在机场迎接朱可夫，并向他介绍了最新的情况。

　　抵达斯大林格勒方面军司令部后，朱可夫立刻召集各集团军的指挥员召开了形势分析会，根据前线当前的情况和双方实力的对比，朱可夫得出结论：至少要到9月5日以后新集结的预备队才能做好战斗准备，因此，只有在那以后才能对德军进行反突击。

　　朱可夫把这一结论向斯大林做了汇报。但斯大林坚持要尽快实施反突击。9月3日，斯大林向朱可夫发去电报，命令他必须毫不迟延地发起进攻。

　　朱可夫同斯大林发生了争执。他坚持说：“只有到9月5日以后，我们才有能力对德军进行有力的打击。”

　　朱可夫就是这样，当他认为正确的时侯，他总是很固执，对斯大林也是如此。苏军的重要领导人中，他是惟一一个敢于顶撞斯大林的人。在一次会议上，斯大林曾半开玩笑地说过：“你们当中的有些人只知道说‘是的，斯大林同志’，‘完全正确，斯大林同志’，‘英明，斯大林同志’，而只有从朱可夫那里，才可以听到真正有用的东西。”

　　这一次，朱可夫的固执再次战胜了斯大林的固执。最后，斯大林终于同意按朱可夫的计划在9月5日发起反突击。

　　9月5日拂晓，苏军第24、第66集团军和近卫第1集团军向德军发起了进攻。但是，由于德军的顽强抵抗，苏军还是没能突破德军的封锁。战斗进行到9月11日，苏军只前进了2～4公里。

　　9月10日，朱可夫奉命飞回莫斯科。在克里姆林宫斯大林的办公室，朱可夫向斯大林详细汇报前线的情况。他向斯大林提出，以斯大林格勒方面军现有的兵力，要想突破敌人的包围，必须要补充一个坦克军和三个坦克旅，此外在作战时还必须有空中火力的支援。同时，新的预备队还需有一个月才能完成战斗编组，因此目前在斯大林格勒前线还应采取坚强的防御，待一切准备就绪后，再发动一次大规模的反攻。粗略地估计，反攻将会在11月中旬发动，反攻首先应打击敌军集团中较弱的罗马尼亚军队。

　　9月13日，朱可夫和华西列夫斯基带着更为详细的计划去见斯大林。这就是后来代号为“天王星”的反攻计划的雏形。

　　斯大林基本同意了朱可夫他们的计划，他命令朱可夫立即返回斯大林格勒前线，华西列夫斯基则稍后去东南方面军，研究斯大林格勒左翼的情况。

　　一个小时后，朱可夫已坐上飞机飞往他在斯大林格勒的司令部了。而这时的斯大林格勒，战斗已经发展到了白热化的程度。此后的两个月里，对朱可夫来说将是极其紧张的，他既要准备进行反攻又要考虑如何防御。

　　德军在飞机大炮的掩护下，向北部方向开始了全线进攻，苏第62、第64集团军在强大的德军压力下，不得不向后撤退，一直退到了斯大林格勒城下的最后阵地。

　　这时，斯大林格勒的苏军防御前沿，距市区只有210公里。德军的突击集团已从东北和西南直接指向斯大林格勒市区。

　　9月13日，德军攻占了南部的萨多瓦亚车站。苏军面临着被赶下伏尔加河的危险。

　　此时的苏军，由于战斗中的伤亡、退却，弹药和粮食的不足，人员与技术装备补充上的困难等等，士气消沉，有的士兵甚至希望尽快撤过伏尔加河，脱离这场苦战。但是，朱可夫责成集团军军事委员会做出决定：不许后撤，必须粉碎敌人的进攻。斯大林格勒城是最后的战场，要有与敌人背水一战的决心。集团军司令部留在右岸斯大林格勒城内，在任何情况下不得向左岸和岛上撤退。

　　从这时起，斯大林格勒战役开始具有阵地战的性质。战争由辽阔的平原转向伏尔加高地。部队的进展不再以公里来计算，而是以米来计算。因为争夺每一座楼房、车站、水塔、每一条街道、每一堵墙，甚至每一堆废墟，都要进行激烈的交战。

　　9月14日，德军对市中心的马马耶夫高地和火车站发动了进攻。德军很清楚，要是占领了马马耶夫高地，就可以控制整个城市、厂区和伏尔加河。因此德军在不到4公里宽的地段上集中了6个师，并有数百架飞机从空中支援。短短的5个小时内，火车站曾4次易手。德军曾一度占领了高地。

　　苏军近卫步兵于14日和15日夜冒着敌机轰炸，坐汽艇、驳船渡过伏尔加河，去增援市区的战斗。以后的日子里，他们配合第62集团军夺回了马马耶夫高地。战斗进行得异常激烈。德军以50～60架飞机为一批，对苏军进行密集轰炸，成吨重的炸弹，203毫米口径的炮弹，把整个地面都翻过来。德军曾一度前进到距苏军第62集团军指挥所仅600米的地方。

　　市区巷战也达到了白热化程度。每条街道和广场都变成了激烈的战场，德军不顾伤亡，每天从早到晚连续不断地冲击，苏军和斯大林格勒市的市民则顽强抵抗，寸步不让把可以利用的地方都变成堡垒，每个街区、每幢楼房、甚至每层楼，每间房，每个街垒都经过了反复地争夺。一天内都几易其主。德军每前进一步，都要付出巨大的代价。

　　在经过连续13天的战斗后，德军终于于9月25日占领了市南和市中心的部分地区，并前进到伏尔加河河南，所有渡口都处在了德军的枪炮火力控制之下。斯大林格勒，几乎没有一座建筑物、工厂、住宅保持完整。

　　10月5日，朱可夫命令新任斯大林格勒方面军司令叶廖缅科在任何情况下都要坚守城市，把每幢楼房、每条街道作为堡垒，抗击德军的进攻。每一座房屋，只要有苏联的军人，哪怕只有一个人，也要成为敌人攻不破的堡垒。于是苏军在连营里，除了已有的班之外，又组织了新的战术单位——突击小组。

　　尽管炮火连天、弹片横飞，炮击和轰炸的喧嚣声此起彼伏、震耳欲聋，被炸毁的工厂却成了苏联人的抵抗中心。一些工厂在炮火纷飞中也照常修理坦克和其他武器。如果工厂被炸得无法生产，工人们便拿起武器与正规部队一样投入战斗。

　　苏军在他们控制的地区为德军设下了特殊的“捕杀场”。他们在一些房屋、街区上埋下地雷，在每一个布雷区的外面都留下几条进路。苏军已把城市的每一个地方都变成了战场，使德军每前进一步都要付出沉重的代价。