对于沈约、文昊和韩柯来说，勒戈战役都是事关成败的关键一战。罗斯-宋联军指挥部将战略重点从科斯转移到了尔加河地区，并且调动了全军所有的空中力量支持勒戈。在九月底和十月初，罗斯-宋联军向勒戈城区调去了六个步兵师和一个坦克旅；意志军则调去了二十万万补充部队，包括九十个炮兵营和四十个受过攻城训练的工兵营。
双方部队的指挥官都承受着巨大的压力。意志军的指挥官司炉得了眼部肌肉痉挛的疾病，而罗斯-宋联军的指挥官崔可也在不见日光的地下室司令部也忍受着湿疹的病痛，以至于不得不将自己双手完全包扎起来。
此时，意志军在罗斯南部的战线是从库尔斯克和沃罗涅日起，通过勒戈到莫兹多克，长达一千二百五十公里以上。再加上从库尔斯克到列宁格勒之间的八百公里，意志军在罗斯的战线全长已在两千公里以上，而以意志国的兵力和资源，根本就不足以维持如此长的战线。特别危险的是，从勒戈沿顿河上溯至沃罗涅日共长三百五十公里，竟毫无掩护。意志国自己腾不出兵力来填补这个缺口，只得在这一线部署了附庸国的三个集团军。战线拉得非常狭长，甚至在有些地段，只有一个野战排来防守整整两公里的防线。
而罗斯-宋联军在尔加河南岸保留了几个攻击点，这对意志军构成了潜在的威胁。韩柯并非不知道这些装备和战斗力都极差的附庸国部队是不足以担负这个任务的，但他却深信只要能迅速攻克勒戈，即可抽出足够的兵力。意志国陆军参谋总长哈尔德表示了忧虑和异议，认为勒戈是不可陷入的，力主放弃这个作战，并向西撤退。结果，韩柯便在九月底免去了哈尔德陆军总参谋长的职务，任命蔡茨勒上将为新一任陆军总参谋长。
九月二十八日，罗斯-宋联军最高统帅部决定将勒戈方面军改称顿河方面军，司令员为罗科索夫斯基中将；东南方面军改称勒戈方面军，司令员为叶廖上将；近卫第一集团军扩建为西南方面军，司令员瓦杜丁中将。副最高统帅朱夫大将和总参谋长华西列夫斯基上将奉命秘密拟制反攻计划。
十月份一个月中，勒戈一直进行着激烈的巷战。意志军逐屋战斗，从地面和地下的废墟中找路前进，所以也被称为“老鼠战争”，意志军士兵甚至开玩笑说：
“即使我们占领了厨房，仍然需要在客厅进行战斗。”对沈约、文昊来说，是决不能让这座城市落入意志军之手的。他们亲自下令给叶廖上将，要求在任何情况下都要坚守该城。每一座房屋，只要有罗斯-宋联军人，哪怕只有一个人，也要成为敌人攻不破的堡垒。而对韩柯来说，勒戈的精神价值已超过了其战略价值，非要攻陷它不可。当新任陆军总参谋长蔡茨勒将军小心翼翼地向他指出第六集团军北翼漫长的顿河战线面临着危险，建议将第六集团军撤到顿河河曲时，韩柯严厉地回答说：
“意志国士兵到了哪里，就要守到哪里！”经过三个月血腥的战斗，十一月初，意志军终于缓慢地推进到了尔加河岸，并且占领了整座城市的80%地区，将留守的罗斯-宋联军队分割成两个狭长的口袋状，但意志军始终未能完全占领勒戈。此外，尔加河开始结冰，这导致罗斯不能再通过船运送补给品给城中守军。尽管如此，马马耶夫高地附近的战斗和北部城区的工厂地带的战斗依然非常激烈。其中，十月工厂、拖拉机厂和街垒工厂的战斗为全世界所知晓。当罗斯士兵与意志军进行枪战的同时，工厂内的工人就在侧旁修复损坏的坦克和其它武器，有的时候甚至就直接在战场上修理武器。坦克由工厂的工人志愿兵驾驶。这些坦克往往直接从兵工厂的生产线上开到了战斗前线，甚至来不及涂上油漆和安装射击瞄准镜。
十一月十一日，意志军以五个步兵师、两个装甲师和两个工兵营在宽五公里的正面上发起强攻。战斗队形高度密集。一天之内，罗斯-宋和意志两军为争夺每寸土地、每一座房屋，都进行了异常激烈的战斗，双方伤亡惨重。意志军虽然在街垒工厂以南冲到达了尔加河岸，但部队已疲惫不堪，其攻势已成强弩之末，司炉被迫于次日停止了进攻，修整部队。罗斯-宋联军的损失同样严重，第六十二集团军的两个师损失了75%的兵员。
罗斯-宋联军最高统帅部自九月底开始准备大反攻，负责勒戈地区总体战略的朱夫开始向勒戈秘密大规模集结兵力。至十一月中旬，在勒戈地域城外的南北两侧的罗斯-宋联军计三个方面军十个诸兵种合成集团军，一个坦克集团军，四个空军集团军和若干个独立军、坦克军和旅，共一百四十三个师一百一十万万人，一千三百架飞机、计一万五千门火炮和迫击炮，一千四百辆坦克和强击火炮，当面的意志军B集团军群共有八十个师又三个旅，约一百万人，一千二百架飞机，一万门火炮，六百七十辆坦克.
朱夫的策略是将意志军继续牵制在城内，然后通过打击意志军虚弱的外侧来将意志军包围在勒戈市区。十一月十三日，沈约、文昊批准了朱夫和华西列夫斯基拟制的反攻计划，并亲自给这个计划取代号为“天王星行动”，这与针对意志军中央军群的“火星行动”相呼应。该计划规定：西南方面军由瓦杜丁中将指挥，其任务是从顿河西岸的谢拉莫菲维奇和克利茨卡亚地域桥头阵地实施主攻，突破意志军第三集团军防御，直插顿河东岸的卡拉奇；勒戈方面军由叶廖上将指挥，其任务是从勒戈南面向西北突击，突破意志军第四集团军防御，与西南方面军在卡拉奇会师，完成对意志军第六集团军的合围；顿河方面军由罗科索夫斯基中将指挥，其任务是从勒戈西北面向东南实施辅助性突击，掩护西南方面军的主攻。反攻日期定为：西南方面军和顿河方面军为十一月十九日，勒戈方面军为十一月二十日。
十一月十九日，罗斯-宋联军开始实施天王星行动。罗斯-宋联军图瓦京的西南方面军和罗科索夫斯基的顿河的方面军在纷飞的大雪中发起了反攻，瓦杜丁中将指挥的主攻部队包括整整三个集团军，一共由十八个步兵师，八个坦克旅，两个摩托旅，六个骑兵师和一个反坦克旅组成，并得到空军第二，第十七集团军支援。负责防卫意志军第六集团军侧翼安全的第三集团军，由于在数量上处于绝对劣势并且缺乏精良装备，仅仅在战斗发起一天之内其阵地便被罗斯-宋联军突破。
与此同时，罗斯-宋顿河方面军实施了两个辅助突击，以第六十五集团军从克列茨卡亚以东地区向东南突击，以第二十四集团军从卡恰林斯卡亚地区沿顿河左岸向韦尔佳奇方向向南突击，割裂顿河小弯曲部意志军与勒戈意志军的联系。罗斯-宋第六十六集团军在勒戈以北地区原地防御。罗斯-宋顿河方面军得到宋空军第十六集团军支援。
十一月二十日，罗斯-宋联军叶廖的勒戈方面军第五十一、五十七、六十四集团军也在南部转入反攻，突破了防卫该地区的意志军第四集团军的防线，其主要由骑兵组成的部队迅速被歼灭。此后罗斯-宋联军迅速向北直趋卡拉奇。二十二日，罗斯-宋西南方面军开始分批渡过顿河。十一月二十三日，罗斯-宋西南方面军和勒戈方面军在卡拉奇会师，从而完成了对勒戈的包围。十一月三十日，罗斯-宋联军三个方面军将意志军第六集团军的五个军二十二个师共约二十七万人合围在勒戈一千五百平方公里的地域内，第六集团军只有约五万人的部队被分割在包围圈之外。
当意志军最高统帅部接到罗斯-宋联军发起反攻的消息后，陆军总参谋长蔡茨勒将军力劝韩柯下令司炉撤出勒戈。然而，空军司令林格元帅却向韩柯保证说，他可以保证空军有能力通过“空中桥梁”为第六集团军的空中补给。事实证明意志国空军根本没有提供如此大规模部队的供给的运输能力，其每天三百吨的运输上限也无法满足每天七百吨的需求。但韩柯仍然支持林格的计划，韩柯遂命令司炉坚守阵地，第六集团军必须留在勒戈，并命令他这个集团军今后改称“沈约-文昊堡垒”集团军。
由于恶劣天气和罗斯-宋联军防空火力，空投计划很快就遭受失败。据统计，意志军只得到10%左右的所需物资，第六集团军渐渐感受到饥饿的威胁。另一面，罗斯-宋联军在不断加强对勒戈的包围圈，并开始缩小包围圈的行动。
十一月二十一日，韩柯下令将曼施泰因元帅的第11集团军扩建为顿河集团军群，由曼施泰因元帅任司令，并把司炉第六集团军、霍特第四装甲集团军和第三、第四集团军交与他指挥。韩柯在命令中指示：
“顿河集团军群当前的任务，就是使敌军的攻势停顿，并夺回原已失去的阵地。”曼施泰因认为，意志军唯一成功的机会在于第六集团军从勒戈向西南突围，霍特第四装甲集团军则从勒戈以南的科捷尔尼科沃向东北进攻，夹击罗斯-宋联军叶廖的勒戈方面军，然后再旋转过来攻击罗斯-宋联军瓦图京的西南方面军的右翼。但十一月三十日，韩柯在一次公开演说中表示决不会从勒戈撤退，并且再次强调被围困的部队决不能投降，而曼施泰因必须杀开一条血路，打到勒戈。
曼施泰因元帅怀着沉重的心情，发起了代号为“冬季风暴”的反攻。意志军以霍特第四装甲集团军为先导，于十二月十六日突破了罗斯-宋联军第五十一集团军在阿克赛河上的防线。至十二月十九日，意志军第四装甲集团军所属的第五十七装甲军已突进到离南面包围圈三十公里以内的地方。此时，曼施泰因发现自己也有被数倍于己的罗斯-宋联军包围的危险。于是，他决定不顾韩柯的将令，下令司炉立即向南突围与第四装甲集团军会合。然而司炉在没有接到韩柯的直接命令之前，没有突围的意图，他以燃料不足为由拒绝了曼施泰因的命令，放弃了这最后一次机会。
十二月二十七日，罗斯-宋联军发动强大反击将意志军霍特第四装甲集团军击退两百公里，终于使其退回了原来的阵地，迫使意志军统帅部最后放弃解救被围第六集团军的企图。曼施泰因的“冬季风暴”宣告失败。
