8月19日，德军第6集团军和坦克第4集团军按预定计划开始了对斯大林格勒的第一次直接进攻。保卢斯和霍特这两个法西斯恶魔，简直是倾其所有地把强大的快速集群从南北两个方向推向斯大林格勒城郊。先是保卢斯集团从卡拉奇方向突破了苏军的防御，并在23日把部队前出到了斯大林格勒以北的伏尔加河一线。随后霍特集团也从城南楔入苏军防线，并使其所部前锋前出到了京古塔车站。至此，斯大林格勒的形势开始呈现危局。
此间，作为大本营代表的华西列夫斯基一直在东南方面军司令部。当随后德军飞机对斯大林格勒肆无忌惮地实施空中轰炸时，他曾目睹了这座英雄的城市变成废墟的全过程。
一度，华西列夫斯基与总参谋部、最高统帅部的电报电话联系全部中断，他不得不在指挥观察所内用无线电拼命地喊话。电话联系接通后，斯大林给他和前线的两个方面军首长发来了指示：不惜一切代价阻击敌人，誓死保住城市。
8月25日，华西列夫斯基再次接到斯大林的命令要求他立即赶到北郊附近的一个屯兵场去，并领导那里刚刚开来的部队进行突击敌人的准备工作。稍后，刚刚被任命为最高副统帅的朱可夫元帅也赶到了那里，他是斯大林派来接替华西列夫斯基并领导整个斯大林格勒地区苏军作战的。因为，总参谋部和最高统帅部大本营非常需要华西列夫斯基这颗“智多星”；而在具体指挥作战方面，斯大林似乎又认为朱可夫要比参谋出身的华西列夫斯基强些。
9月1日，华西列夫斯基奉命离开前线，他下飞机后便直接到克里姆林宫斯大林办公室向最高统帅作战场局势汇报。可是，在他离开后这段时间里，前线的战斗更加残酷，更加激烈。有着优势兵器和兵力的德军已经攻破了斯大林格勒城垣，其中一部分坦克部队已与守城的苏联军民拉开了巷战的序幕。
9月上旬，斯大林把副最高统帅朱可夫和总参谋长华西列夫斯基叫到了他的办公室。他找他们来，主要是想听听两位对当前斯大林格勒前线战局的分析和预测，商量如何摆脱各部队当前的困境，以及怎样才能解决掉德军保卢斯第6集团军与霍特坦克第4集团军，并最后夺取斯大林格勒战役的最终胜利问题。应该说，朱可夫和华西列夫斯基是斯大林在卫国战争时期的左膀右臂，是斯大林最为信任和赏识的两员猛将。在斯大林看来，朱可夫有足够的军事指挥天才，而华西列夫斯基则是无与伦比的军事智囊。他们共同的特点是沉着机敏，有决断能力，尤其富有军事创造才能。
9月底，最高统帅部大本营决定，关于进攻的准备工作，在西南方面军和顿河方面军，由最高副统帅朱可夫领导；在斯大林格勒方面军，由总参谋长华西列夫斯基领导。随后，他们两位便各自赶到自己所在部队去。
11月13日，华西列夫斯基代表总参谋部向苏共（布）中央政治局和大本营报告了经过核实的“乌兰”进攻计划。
战役进攻发起前，华西列夫斯基与朱可夫又向斯大林提出了一项新建议：为了不使希特勒和德国统帅部在斯大林格勒战役危急时刻从维亚兹马以北地区抽调部队来增援敌“南部”集团军群，苏军必须在维亚兹马以北的莫斯科中央方向发起一次迅猛的诱攻性战役，顺便也好一举吃掉一直威胁首都的尔热夫突出部地域的德军。斯大林对此也十分感兴趣，他很快就同意了这个建议，并要求他俩中派出一人来负责这个诱攻任务。最后，朱可夫被派到了那里，因为他此前曾担任过西方方面军司令。这样，华西列夫斯基便成了南部战线斯大林格勒地域战斗的总负责人。随后，朱可夫便奉命去了西线，而华西列夫斯基则直接到了斯大林格勒前线。
由于担任此次战役突击任务的西南方面军把司令部设在了绥拉菲莫维奇市。为了方便协调指挥，总参谋部便在这里也给华西列夫斯基准备了一个协调三军（西南方面军、顿河方面军和斯大林格勒方面军）的指挥所。
11月17日，华西列夫斯基经过战前巡回检查，正准备于当天搬到自己的前线指挥所去。恰在这时，他突然又接到斯大林的电话指示，要他必须在18日到莫斯科讨论问题，具体什么问题没做任何透露。
第二天，华西列夫斯基如约来到克里姆林宫，斯大林和全体国防委员正在那里开会。斯大林立即接待了他，并把一封信交给他，请他仔细加以研读。说完，斯大林便回自己的办公室继续开会去了。
在一间被指定只有他一人才能进出的房间里，华西列夫斯基急忙地展开了这封信。及读毕，确实令他大吃一惊，并且很有点丈二和尚摸不着头脑的样子。原来，写这封信的人，正是在即将开始的斯大林格勒战役中担负重要突击进攻任务的机械化第4军军长沃利斯基。这封信是他不久前写给国防委员会的，内容是请求推迟或干脆取消马上就要进行的这次战役。这位军长在信中写道：鉴于进攻开始前敌我兵力和兵器的对比情况，拟议中的斯大林格勒战役的进攻不仅不会成功，而且，他认为，必定遭到带来一切严重后果的惨败。因此，作为一名忠实的共产党员，并代表参加这次进攻的其他负责干部，他请求国防委员会立即详细地检查就实施这次战役所作出的决定是否现实，请求推迟这次战役，或者完全取消这次战役。
华西列夫斯基把这封信一连看了两遍，越看越觉得不可思议。他大大地感到惊讶，也极困惑。他对写信人虽不很熟悉，但还是了解的。最近几周，这位军长一直在参加战役的准备工作。不论对整个战役，还是交给他负责的该军任务，他一次都未表示过异议。更何况，在前不久的那次总结会议上，他还当面向大本营代表（即华西列夫斯基）和方面军军事委员会保证，他的军将坚决完成任务，并讲了自己军的充分战斗力及全体官兵的高昂士气。
斯大林要他急匆匆地赶回来，就是因为国防委员会要在这个问题上听听他的看法。一则，他认识并了解这位写信人；再者，这位军长就在他负责协调指挥的部队中，而且战役马上就要开始。当然，华西列夫斯基是不同意这封信的分析的，他当时就把这一看法告诉了斯大林和国防委员会委员们。
当时，斯大林当着华西列夫斯基的面就给沃利斯基军长挂了一个电话，在简短的谈话中，最高统帅并没有严厉地批评这位军长。然后，他对华西列夫斯基说，他的意见是还把写信人留在军里，因为后者刚刚还表示过一定完成上级交给他们军的任务。关于他是否还担任该军军长的问题，要按该军的行动结果再做最后决定。但是，关于该军及写信者本人在战役头几天的作战表现，他命令华西列夫斯基必须向他提出专门报告。
11月19日清晨，华西列夫斯基就回到谢拉菲莫维奇的指挥所里。这时，进攻已经开始了。
虽然早晨的浓雾和飞雪使突击发起时根本不能使用强击航空兵实施先期轰炸，但各方向的突击集群仍然进展较快。西南方面军的主攻突击很快就粉碎了罗马尼亚军队的防线，一天之内就向前推进了20多公里。有些集团军则挺进到了30—35公里的纵深。同样，斯大林格勒方面军的突击行动，也没有更多地受到恶劣天气的影响，他们照样取得了辉煌的战果。特别是沃利斯基指挥的机械化第4军，表现得更加卓越而勇敢，他在第一天之内也率部前进了20多公里，成绩非凡。在当天晚上向最高统帅的汇报中，华西列夫斯基特别遵嘱谈到了该军的无畏行动。至此，斯大林心里才像一块石头落了地，自然，华西列夫斯基也为之大大地松了一口气。
23日，按“乌兰”计划的预定时间，西南方面军和斯大林格勒方面军的突击集群，在顿河方面军右翼的积极支援下，像两把游刃有余的利剑，巧妙而适时地实施了对卡拉奇方向的向心突击，从而完成了对斯大林格勒地域德军第6集团军和坦克第4集团军的合围。
这是自苏德战争爆发以来德国法西斯军队所遭到的第一次大合围。
当晚，华西列夫斯基在自己的指挥所内分别给他调度下的三个方面军首长通话，讨论战役形势并拟定了下一步最适当的行动计划。随即，他又把他们的想法和建议直接报告了斯大林。
很快，最高统帅部就复电华西列夫斯基，表示同意他们的建议和下一步部署。
11月24日晨，各方面军所属部队开始按照既定部署向合围圈内的敌军发起攻势。然而，这次攻势未达成预期目的，相反在各个方向都遭到了强大敌军集群的反冲击。原来，根据最新的敌情分析，苏军前线总指挥机关才知道，他们从行进间消灭被合围敌军的计划所依据的对敌兵力的估计出现了严重差错：当初，他们认为敌保卢斯指挥的集群只有8.5—9万人，可是实际这时却有30万人。所差之多，实在令人为之咋舌。所以造成如此严重的误差，是因为他们没有把敌第6集团军和坦克第4集团军在进攻和防御中补充得到的兵力算进去，也未估计到合围圈内大量的特种部队和其他辅助部队，这些部队的官兵则多数补进了作战部队。12月初，经过准备和调整，苏军又对该部敌军组织了一次分割性突击消灭的作战，但仍无显著战果，德军对合围他们的苏军仍然不断进行的远不是没有活力的反冲击。
了解到这种局面后，斯大林非常着急。在12月4日的电报命令中，他批评了华西列夫斯基在最近的第二次突击进攻中的错误。
华西列夫斯基接到最高统帅的电令后，感到很懊悔。他知道，最高统帅所批评的这些全是确实存在的，谁让他没有去亲自检查呢！当然，话说回来，最主要的问题还不在这里，而是我们自己的力量不够。这也说明，敌军虽已被围，但力量还是相当强大的。更何况，困兽之斗，是会更加凶猛和不遗余力的。
1942年11月下旬，苏军开始反攻。稍后，更严重的情况发生了。据侦察部门侦知，希特勒和德国统帅部为了给遭到合围的敌保卢斯集团和霍特集团解围，恢复他们在斯大林格勒地域的原态势，已在这个战线的东南地段建立了以德军前副总参谋长曼斯坦因元帅为首的顿河集团军群，所有南线的德军，包括被合围的上述两德军集团，统一由他负责指挥。华西列夫斯基还获悉，为了实施解围战役，曼斯坦因建立起两个新的突击集团：一个在科捷利尼科沃地域，另一个在托尔莫辛地域。
华西列夫斯基立即将这一最新战局变化报告给最高统帅部大本营，并提出从大本营预备队中抽调实力雄厚的马利诺夫斯基中将指挥的近卫第2集团军和其他部队前来支援，拨归顿河方面军指挥。随后，大本营又决定成立由波波夫中将指挥的突击第5集团军，使之以最快速度在西南方面军的坦克第5集团军和斯大林格勒方面军的第51集团军之间展开。按命令，该集团军归由斯大林格勒方面军指挥。
到12月10日左右，曼斯坦因麾下的德军顿河集团军群已经占领了从维申斯卡亚到马内奇河的正面。在它现编成的大约30个师（不包括在合围圈内敌第6集团军和坦克第4集团军）中，有17个师横在了苏西南方面军正面；另外13个师则与斯大林格勒方面军的突击第5集团军和第51集团军相对峙。其中仅在苏军第51集团军对面就有10个师之众的强大德军部队。这样，两军门前的敌我力量对比是相当悬殊的：德军7.6万人，坦克500辆，火炮和迫击炮340门；苏军只有3.4万人，坦克77辆，火炮和迫击炮147门。由此可见苏军第51集团军处境之艰难。
12月13日，苏军最高统帅部大本营终于批准了华西列夫斯基的请求，决定把马利诺夫斯基的近卫第2集团军由顿河方面军划归斯大林格勒方面军指挥，并决定暂时放弃原来拟议中的“土星”战役。原先，经华西列夫斯基等建议，西南方面军和沃罗涅日方面军一部的突击进攻方向是径直向南，直取罗斯托夫地域，目的是廓清合围圈外的德军。后因德军曼斯坦因顿河集团军群建立，华西列夫斯基又建议改变该战役，而用这两部强大苏军来抗击曼斯坦因集群；待西南方面军和沃罗涅日方面军消灭顿河中游的意大利集团军后，挥师东南，向莫罗佐夫斯克和托尔莫辛方向突击，即前出到敌曼斯坦因集团军群的后方。同时，斯大林还命令说，此后华西列夫斯基的任务便是负责解决敌曼斯坦因的解围部队，而消灭合围圈内德军保卢斯和霍特集团的任务则由新派来的大本营代表、苏军炮兵主帅沃罗诺夫负责。在工作中，沃罗诺夫应以华西列夫斯基的副手出现。
12月19日，德军曼斯坦因集团军猛攻苏军第51集团军和突击第5集团军防线，防御正面被同时撕开了几道口子。战斗呈胶着状态，梅什科瓦河附近的许多居民点曾多次易手，原先白雪覆盖下的草原大地，两天后便全部化成焦土一片。
次日，苏军驰援的近卫第2集团军赶到，部队还没有全部展开，前锋就投入了钢铁大战与血肉厮杀。敌人的进攻终于被击退了，草原上布满了血肉模糊的敌人尸体。近卫第3师在瓦西里耶夫卡与敌军的激烈交战中，虽然伤亡逾半，但终于守住了阵地。华西列夫斯基事后回忆说：“正是这些日子里在布满峡谷的叶尔根地带的战斗，决定了斯大林格勒会战的命运。”
到12月23日，虽然曼斯坦因集群的另一路前锋部已经冲到了距被合围的保卢斯集团只有35—40公里的地域，但它却再也不能前进一步。他们确实时运不济，或者说是命运乖蹇，苏第51集团军和突击第5集团军的迅猛反突击，苏空军第8集团军令人胆寒的空中轰炸，终于给近卫第2集团军的展开赢得了不可缺少的宝贵时间。待到该集团军全部展开之后，希特勒援救保卢斯集团的计划便破产了。因为，此后不久，该集团军和其他苏军部队便在这里展开了对曼斯坦因集群的大规模反击。结果，曼斯坦因连同他的企图全都失败了。
1月8日，苏军向保卢斯集团发出了劝降书，答应给战败者以体面的待遇，包括供给足够的口粮，治疗伤员，允许军官保留自己的武器，并保证战后将他们全部遣送回国。但是，正所谓困兽犹斗，保卢斯不肯放下武器。也许，他这时还在想着战役胜利后希特勒许诺给他的高级参谋或德国统帅部长官的军职呢。
