1942年8月23日，德军第6集团军所属第14装甲军从顿河东岸的桥头堡冲出，以1个装甲师和2个摩托化师向斯大林格勒以北猛攻，并突破苏军防御，第16装甲师于当天黄昏冲到了伏尔加河畔。
8月29日，朱可夫从莫斯科出发，经过4个小时的飞行，抵达伏尔加河畔的卡梅申地区，这里距离战火纷飞的斯大林格勒180公里。华西列夫斯基亲自到机场迎接了他，并在前往斯大林格勒方面军司令部的路上简要地介绍了最新的战局.
在司令部朱可夫没有见到方面军司令员戈尔多夫，参谋长说他正在近卫第1集团军的前沿阵地上。随后参谋长和作战部长开始汇报情况。朱可夫听完汇报后，发现司令部对情况了解得不够，而且从他们的情绪中能感觉到对眼下战局的悲观态度。于是他给近卫第1集团军司令部打电话，告诉对方自己马上过去。
在近卫第1集团军司令部，朱可夫见到了方面军司令员戈尔多夫和集团军司令员莫斯卡连科。戈尔多夫了解当天的战况——德军第4装甲集团军在斯大林格勒西南已经突破了苏军第64集团军近郊防线，第126师师长罗金在肉搏战中阵亡。坚守斯大林格勒的东南方面军所属第62和第64集团军在近郊的防线已经破碎，德军随时可能冲进成城去。
介绍完战况后，戈尔多夫又介绍了斯大林格勒方面军的情况。当面德军是第6集团军所属第8军和第14装甲军，负责掩护第6集团军所属第51军向斯大林格勒进攻。德军侧翼的两个军是得到炮兵加强的5个师，其中有1个装甲师、2个摩托化师和2个步兵师。
目前方面军在斯大林格勒以北正在集结的部队包括近卫第1集团军、第24集团军、第66集团军和第4坦克集团军，总兵力25万人、400辆坦克。不过目前这些部队还都停留在纸面上，第24和第66集团军都是刚组建的部队，由于运输问题还没有全部抵达战场；第4坦克集团军在不久前的顿河防御作战中遭受重大损失，目前处于重建状态；只有近卫第1集团军的状态好些，不过也缺少油料和弹药，不可能在几天之内完成集结。总之统帅部要求的于9月2日发起进攻是不可能完成的。
朱可夫对戈尔多夫的汇报很满意。当天他用高频电话向斯大林汇报了自己掌握的情况，并建议把进攻时间推迟。斯大林表示同意，但他叮嘱朱可夫：“如果敌人对市区发起总攻，你应不待部队彻底做好准备，就迅速向敌人冲击。”
当天斯大林还跟坚守斯大林格勒的东南方面军司令员叶廖缅科通电话，同意他把部队撤到“距离市区更近一些”的地方。
9月2日，苏军第4坦克集团军出动3个步兵师从右翼向德军第8军阵地发起试探性进攻，目的是吸引德国人的注意力。
9月3日7时，近卫第1集团军的两个坦克军经过30分钟的炮火准备，从战线左翼出击，向德军第14装甲军发动进攻。苏军的进攻区域地势平坦开阔、缺乏遮挡，而且他们的坦克没有空中掩护，也没有炮火支援。德军则利用干涸河床、壕沟构筑起一座座火力支撑点，进攻的苏军陷入德军的火力网中。尽管某些突击部队楔入德军防御4公里，但面对德军的支撑点和成功的反坦克防御，莫斯卡连科的突击还是陷入停滞，大量坦克被毁。
当天晚上，德军第6集团军司令保卢斯撤下了损失严重的第384步兵师，换上情况更好的第305步兵师。同时第14装甲军的两个摩托化师所属的3个掷弹兵团也调上了前沿。
同样在这天晚上10时30分，朱可夫再次与斯大林通电话，提出斯大林格勒方面军还没有做好进攻准备，部队没有炮兵，弹药也不充足，所以希望能再推迟一天进攻。斯大林这次没有答应，而且情绪相当激动。他告诉朱可夫，德军第6集团军和第4装甲集团军已经在斯大林格勒城外会师，他们距离莫斯科市中心只有8公里。苏军的第62和第64集团军残部正在撤往城内，如果再不进攻，斯大林格勒就会沦陷，所以“不得有任何迟疑，现在延迟就等于犯罪”！
仅过了几个小时，斯大林于9月4日凌晨2时25分致电朱可夫：“我期待你们进一步加紧突击，务使斯大林格勒不至于陷落。”在如此严令下，朱可夫不得不招办。
然而朱可夫很快就又收到坏消息，近卫第1集团军准备进攻时，遭遇德军的炮火反准备，大量装备被毁。莫斯卡连科不得不将当天的进攻推迟2小时。9时，近卫第1集团军和尚未集结完毕的第24集团军、第66集团军、第4坦克集团军全部转入进攻。德军虽然兵力处于绝对劣势，但他们有强大的炮火支援，又有居高临下的有利地形和坚固的工事，苏军的进攻再次陷入停顿，而且付出了极高的伤亡代价。
9月5日，朱可夫继续驱赶刚刚下火车的部队投入进攻。激战至黄昏，近卫第1集团军以重大伤亡前进了2~3公里。德军则以一次强有力地反击，把进攻部队打回了进攻出发地。当晚斯大林致电朱可夫：“继续冲击，你们的主要任务是把尽可能多的敌人调离斯大林格勒。”
就这样一直得不到炮兵加强又缺少空中掩护的步兵和坦克在阵地前方4公里的范围内反复出击，又一次次被德军击退。取得的效果是保卢斯的确加强的北翼防线。
9月10日，朱可夫到前线巡视了各集团军部队，他得出的结论是：以苏军现有的兵力是不可能突破敌人的侧翼防线的。对此方面军司令员戈尔多夫、近卫第1集团军司令员莫斯卡连科、第66集团军司令员马利诺夫斯基都表示赞同。
当天他给斯大林递交了一份报告：“以斯大林格勒方面军现有的兵力，我们不能够突破敌人的走廊并与东南方面军的部队在市区会师。由于敌人从斯大林格勒附近调来新的部队，以现有的兵力和部署继续冲击是没有用的，而且部队必然要遭受重大的损失。我们需要补充兵员，需要时间来调整部署，以实施较为集中的方面军级突击，而不单单是集团军级突击。”
斯大林收到报告后，命令朱可夫返回莫斯科当面汇报。
9月12日，朱可夫乘坐飞机返回莫斯科，随后跟提前返回的华西列夫斯基一同来到克里姆林宫面见斯大林。
华西列夫斯基汇报完后，斯大林让朱可夫谈谈看法。朱可夫认为，第24、第66和近卫第1集团军是很有战斗力的部队，但弱点是没有足够的加强兵器，缺少直接支援步兵所需的榴弹炮兵和坦克部队。接着他还谈到了地形，斯大林格勒北部地势开阔，有一些峡谷，为德军提供了良好地掩护，但不利于苏军的进攻。与此同时德军占领了很多制高点，可以进行较远的炮兵观察，能向所有方向机动火力。最后他重申了自己的结论——以斯大林格勒方面军现有兵力无法突破敌人防线。
斯大林问：“如果要消除敌人的走廊（指第8军和第14装甲军在北翼构筑的防线），并与东南方面军会师，斯大林格勒方面军需要些什么？”
“至少还需要1个满员的诸兵种合成集团军、1个坦克军、3个坦克旅和400门以上的榴弹炮。此外在作战过程中，必须加强至少1个空军集团军。”
听完朱可夫的意见后，斯大林拿出统帅部预备队地图，开始聚精会神地看着。
为了不打扰斯大林，朱可夫和华西列夫斯基走到稍远一些的地方。朱可夫低声地对华西列夫斯基说：“显然需要找个什么别的解决办法。”
正在看地图的斯大林还是听到了这句话，突然抬起头问：“有什么别的解决办法？”
朱可夫一愣，他没想到这句话会被听到。于是他和华西列夫斯基走到桌子前，斯大林这时又开口说：“这样吧，你们到总参谋部去，好好想想在斯大林格勒地域应当采取什么措施，可以从哪里调什么部队去加强斯大林格勒的部署。同时也想想高加索方面的问题。明晚9点再谈。”
第二天朱可夫和华西列夫斯基在总参谋部待了一整天，他们把全部精力投入在“是否可以在斯大林格勒实现一次大规模战役的可能性”上。
苏军的情况归纳为四点。其一在斯大林格勒的接近地和市区内的战斗中，兵力、兵器和其他物资的损失极为严重，现有兵力不可能粉碎敌人；第二苏联军工企业正在释放产能，新式飞机、火炮、坦克和弹药的产量都大幅增加，只要计划严密、比例适当，完全可以提供足够的物资；其三至10月份，统帅部可以编组好战略预备队，至11月，最先进的T-34坦克装备的机械化兵团和坦克兵团可供最高统帅部使用；其四苏军指挥员在战争中已经积累起丰富的经验，可以成为战役指挥的能手。
德军的情况也归纳为四点。其一德军最有战斗力的第6集团军和第4装甲集团军在斯大林格勒地域受到严重消耗，无力完成攻取城市的战役；其二德军统帅部在高加索和斯大林格勒可用的全部兵力都已经疲惫不堪，而且没有更多的兵力投入南线的攻势；其三在伏尔加河和顿河地区德军只有少数预备队，总共不超过6师，而且分散在宽大的正面上，短期内无法集中；其四意大利、匈牙利、罗马尼亚等国军队士气低落，战斗力差。
基于以上因素，朱可夫和华西列夫斯基提出了各种可能的方案，最终他们决定向斯大林提出的建议是：苏军继续以积极防御来疲惫敌人，然后发动一次特大规模的反攻——在斯大林格勒围歼德军，从而根本改变南部战略态势。
9月13日22时，朱可夫和华西列夫斯基再次来到斯大林的办公室。当天凌晨斯大林格勒城市巷战正式打响。第64集团军在城南抵挡住了德军第48装甲军的进攻。第62集团军则在城北与德军反复争夺马马耶夫岗，战至下午4时，刚刚接管第62集团军仅3天的崔可夫不得不把集团军司令部从这里撤走。
前线战况危急，斯大林的情绪倒并不算差。他与二人罕见地握了握手，然后开始数落起丘吉尔：“千百万苏联人在与法西斯斗争中献出了自己的生命，可丘吉尔为20架飓风战斗机讨价还价。他们那些战斗机是无用的东西，我们的飞行员不喜欢这种飞机。”
说罢他停了停，然后问道：“你们有些什么决定？谁来汇报？”
华西列夫斯基说：“你让我们谁汇报都行，我们的意见是一致的。”
斯大林指着华西列夫斯基带来的材料问：“这是什么？”
“这是斯大林格勒反攻计划的初步草案。”华西列夫斯基回答道。
当朱可夫把计划汇报完后，斯大林感到非常意外，他疑惑地问：“现在有足够的力量实施这样大规模的战役吗？”
朱可夫告诉他，经过计算在45天后就能得到必要的兵力和兵器，并作好发动进攻战役的准备。
斯大林又问：“只限于在顿河东岸突击是不是更好？”
朱可夫解释说，如果距离斯大林格勒太近，德军的坦克就可以立即掉转过来抗击苏军的反攻。在顿河西岸突击可以凭借河流的阻碍使德军不能迅速机动。
斯大林还是不放心地问道：“你们的突击集团调动的距离是不是过远呢？”
二人又解释说，战役分为两个阶段，第一阶段突破守军防御，合围斯大林格勒德军集团，并建立对外正面防御圈；第二阶段是歼灭被围敌军，并阻止敌人突破封锁的企图。
斯大林不再追问，显然他对这个方案所能取得的前景感到振奋，如果实施成功，苏联就能一举扭转南线的战局。沉默片刻后，斯大林说：“对计划需要再考虑一下，而且要计算一下我方资源。现在的主要任务是守住斯大林格勒和阻止德国人向卡梅申方向（沿着伏尔加河北上）推进。你们要返回斯大林格勒前线，着手研究计划细节。”
分手前，斯大林又补充说：“关于计划，以后我们再继续谈，在这里讨论过的问题除了我们3个人外，目前不要让任何人知道。”
1个小时后，朱可夫飞赴斯大林格勒方面军司令部。
当朱可夫返回前线时，斯大林格勒城内的苏军第62集团军正在发动反击，但他们的行动遭遇德国空军和地面炮火的毁灭性拦截，没有取得任何进展。9月14日上午，德军恢复进攻，第62集团军所属各师、旅的兵力已经所剩无几。当晚在斯大林的同意下，崔可夫得到了巷战开始后第一支援兵——近卫第13步兵师。在不断得到伏尔加河东岸的援兵后，崔可夫指挥所部进行的残酷巷战还将持续两个月之久。
返回前线的朱可夫继续在斯大林格勒以北组织攻势，目的是尽可能地保持德军第6集团军的侧翼压力，使其不能全力以赴地向市区进攻。
这一次他把进攻方向向西偏移，重点进攻实力相对较弱的德军第8军驻守的科特卢班一线。担任主攻的依旧是上一阶段损失严重的近卫第1集团军。经过补充莫斯科连科的部队恢复到12万人、340辆坦克。
9月18日早7点，苏军经过90分钟的炮火准备在德军的纵深防御阵地面前开始进攻，依旧没有取得实质突破。近卫第1集团军仅凭借悬殊的兵力优势在某些地段取得一些战果，例如第316和第308步兵师夺得重要的“564公里车站”，第292步兵师攻至博罗德金农场北部。但随后德军第14装甲军第3、第60摩步师迅速集结部队发起反击，德国空军也出动轰炸机支援，苏军的突破逐渐演变为溃逃。到9月19日晚，近卫第1集团军各部均被德军赶回出发地。
9月23日，苏军再次突击德军阵地，近卫第1集团军在次日取得一些战果，攻破德军第76步兵师、第3摩托化师前沿防御，第66集团军也成功攻入第16装甲师防区。苏军试图进一步扩大战果，但随后再次陷入苦战。至9月27日，近卫第1集团军仅剩下100辆坦克，进攻完全陷入停滞。
仅仅半个月时间实施的三轮进攻，斯大林格勒方面军的损失远超同时期斯大林格勒城区内的苏军损失。
就在朱可夫准备调整兵力，再次发动进攻时，斯大林于9月27日将朱可夫和华西列夫斯基召回。
朱可夫乘坐的飞机由空军中将戈洛瓦诺夫亲自驾驶，二人是旧相识，曾一同参加过哈勒欣河战役。当飞机在途中飞行时，朱可夫发现飞机偏离了航向，戈洛瓦诺夫突然降低高度，把飞机降落在一处陌生的机场。
朱可夫感觉很奇怪，问戈洛瓦诺夫：“为什么在这里着陆。”
后者则长舒一口气说：“算我们走运，离机场很近，不然的话飞机可能已经坠毁。”
“怎么回事？”
“飞机结冰了。”
正说话间，伴随飞行的飞机也着陆了，朱可夫为了赶时间，没有跟戈洛瓦诺夫细聊，就匆匆登上那架飞机继续飞往莫斯科。当他抵达时，华西列夫斯基也刚到，他们立即去见斯大林。
斯大林最先没有谈及战事，而是询问了斯大林格勒方面军司令员戈尔多夫的情况。朱可夫借机说道：“戈尔多夫在作战方面是一位成熟的将军，但是他与下面的指挥人员和参谋人员有点不和。”
斯大林说：“在这种情况下，应当任命一个新的方面军司令员。”于是朱可夫推荐了罗科索夫斯基。斯大林当即决定：东南方面军改称斯大林格勒方面军，继续由叶廖缅科指挥；斯大林格勒方面军改称顿河方面军，由罗科索夫斯基担任司令员；同时以近卫第1集团军司令部为核心，组建新的西南方面军，司令员由朱可夫推荐的瓦杜丁担任。
除了人事任命问题，斯大林和二人又详细讨论了反攻计划的细节。随后他命令朱可夫和华西列夫斯基立即返回前线，在反攻开始前，继续采取各种措施，尽可能消耗和疲惫敌人。
10月1日，朱可夫和华西列夫斯基再次返回莫斯科。他们向斯大林递交了经过二人签字的完整反攻计划。斯大林看过后只字未改，只在上面写上“我批准实施”，并签上了自己的名字。至此代号“天王星”的反攻计划出炉。
分手时，斯大林再次提醒两位主将，反攻计划绝不能泄密。
返回前线后，朱可夫传达了最高统帅部的人事任命，戈尔多夫被解职，罗科索夫斯基成为顿河方面军司令员。他还传达了斯大林对顿河方面军的要求——绝不能减少对德军的积极行动，以免德军从北面抽兵进攻斯大林格勒。
接管顿河方面军让罗科索夫斯基踌躇满志，他对朱可夫说：“我要求你给我机会来指挥，全面地亲自指挥我的部队。让我根据战斗的实际进展，来执行最高统帅部的各项任务。”
朱可夫问他：“简单地说，你的意思是我在这里无事可做了吗？”罗科索夫斯基微笑着点点头。
“那我今天就飞回莫斯科。”
10月底，斯大林格勒的战斗依旧胶着，朱可夫、华西列夫斯基和苏军炮兵司令沃罗诺夫动身赶赴前线，正式宣布反攻作战计划——11月9日，西南方面军和顿河方面军开始反攻；10日斯大林格勒方面军开始反攻。不久因为作战补给在运输上出现延误，朱可夫请求推迟反攻时间，得到了斯大林的准许。
11月3日，朱可夫同第5坦克集团军的指挥员们举行会议。令他满意的是所有指挥员都十分了解所承担的任务，以及执行这些任务的方法。这说明苏军在战争中真正地成长起来了。在之后的几天，他又到第21集团军和第57集团军举行了类似的会议，最终给斯大林递交了一份总结报告。报告的结论是：苏军和德军总体来说实力相当，但在一些关键地段，由于部署了统帅部预备队，苏军有着相当大的优势。
11月13日，朱可夫再次返回莫斯科，向斯大林汇报反攻的准备情况。斯大林静静地听，一直没有打断他，汇报完后斯大林也没有提出修改意见。
这时朱可夫主动提醒斯大林，应注意德军可能从中央集团军群防守的维亚济马地域抽调部队增援南方集团军群。为了防止发生这种情况，必须迅速在这里实施一次进攻战役，首要目标是德军据守的勒热夫突出部。
斯大林平静地问道：“这很好，可是你们哪位负责这件事？”说完他看着眼前的朱可夫和华西列夫斯基。
这个问题一下子让两人十分尴尬，他们都清楚1942年的重头戏是斯大林格勒，而勒热夫不过是一次牵制性的进攻。谁能指挥斯大林格勒的反攻，谁就会在自己的战争生涯留下浓重的一笔。
此前朱可夫长期指挥中部战线的部队，很显然他和华西列夫斯基之间，自己才是最合适的人选。斯大林如此发问虽然是征求意见，但指向性已经很明显了。于是朱可夫答道：“斯大林格勒战役在各个方面都已经准备就绪，华西列夫斯基可以负责协调斯大林格勒地域部队的行动，我可以负责准备加里宁方面军和西方面军的进攻。”
斯大林点点头，朱可夫就这样与自己亲手制定的反攻计划失之交臂。
朱可夫在晚年写过一篇文章，叫《略谈斯大林》。这篇文章没有收录在他的回忆录中，在他去世后由其小女儿写进《朱可夫——我的父亲》一书中。
朱可夫在文中有这样几段文字：
“斯大林知道我办事太认真，所以每次战役结束时，他不止一次地挑拨我去整科涅夫、罗科索夫斯基以及其他人，反过来又唆使他们来反对我。”
“斯大林当着华西列夫斯基的面多次诽谤我，又在我面前陷害华西列夫斯基。但华西列夫斯基是个非常正派的人，没有受斯大林的挑拨。斯大林这样做的目的在于分化他开始惧怕的武装力量最高统帅部这一友爱的集体。斯大林的这种惧怕毫无根据，其原因仅仅是由于贝利亚及其副手阿巴库莫夫的诋毁和诬陷……”
“战争越临近尾声，斯大林越起劲地在元帅们之间、各方面军司令员和他们的副手之间搞阴谋。在他们中间挑拨是非，煽起忌妒心理。遗憾的是有些方面军司令员竟无视同志情谊，违背起码的准则。他们利用斯大林的弱点，时常向斯大林打各种小报告，竭力激起斯大林对他在战争最艰难年代依靠的将领们的仇视，科涅夫元帅干这种事尤为卖力。”
