1942年夏天，东线南部战况之激烈显然更让人瞩目。德军在冯·博克元帅、冯·魏克斯（Maximilian von Weichs）大将的指挥下乘胜挺进到了顿河河曲。7月，威廉·保卢斯（Friedrich Wilhelm Ernst Paulus）上将指挥的第6集团军突破了红军在斯大林格勒的防线和顿河防线，冲向斯大林格勒。苏联再次面临险境。斯大林发布了著名的第227号命令，强调“决不后退一步”。苏德双方在斯大林格勒城下进行20世纪最为惨烈的战斗，很快就变化成规模空前、无休无止的城市巷战。
（上图）1942年11月，在勒热夫西部进攻的苏军第158步兵师。
为了保证包围斯大林格勒城下保卢斯的德第6集团军“乌拉诺斯计划”的成功，转移德国人的视线，同时也阻止德国的中央集团军群增援南方集团军群， 9月，由朱可夫策动了一次重大的针对德中央集团军群的进攻，叫作“火星行动”（Operation Mars，又称 “马耳斯计划”）。当然，我们现在所说的苏联这次战役的企图，是依据战争结束后苏方军史及战后资料所披露的解释，在相当长的一段时间里，苏方的军史甚至拒绝承认有这么一次大规模的进攻存在。
“火星”行动是在斯大林格勒大反攻开始后一周内发动的，旨在像“乌拉诺斯计划”合围第6集团军那样歼灭莫德尔的第9集团军，继而南下再围歼德军第3装甲集团军，这已是苏军第3次做出这样的尝试了。战后朱可夫的回忆录中对这次失败的对决仅有寥寥数语的记载。“火星行动”战役德军胜利的意义被胜利方的史学家给扼杀了。同时期进行的斯大林格勒战役苏军的胜利及苏联强大的国力，抵消了莫德尔军事生涯中“最辉煌”的一次防御战的成功。
德国军事情报局东线敌情处的莱因哈德·格伦上校对这次即将展开的进攻进行了预警，他是通过无线电侦听、航空侦察和审问俘虏得出的结论。据格兰茨的作品指出，有一个叫“海涅”的双重间谍向德国人提供了相关的情报。德军的准备实则比获悉情报的时间还要更早一些，早在9月24日，哈尔德在战争日记中就提到了必须谨防苏军在勒热夫地区展开进攻。10月中旬，德国空军侦察发现加里宁等地区的苏军在大量集结，得出结论：“很明显，敌人是在准备一个大型的冬季行动，目标是打击我中央集团军群，它应该会在11月完成各项攻击准备……”
第9集团军经历几场大战的消耗，兵力反而增加到29万人。莫德尔加强了受到威胁的地段的防御，尤其是在由冯·阿尔尼姆装甲兵上将的第34装甲军驻守的关键性地段瓦祖拉河方向上。
11月25日，勒热夫上空阴云密布，狂风吹卷着雨雪，能见度极低，所以当天没有空中支援。苏联7个集团军从东、西、北3个方向对莫德尔第9集团军展开了向心突击，其主攻方向在勒热夫突出部的东、西两侧的铁路交通线上。科涅夫指挥西方面军重建的第39集团军佯攻北部，但前进了10千米即被扼制，再无作为；另外第20、第31集团军20万大军、500辆坦克攻击突出部东侧德军第27 步兵军。在突出部西侧普尔卡耶夫中将的加里宁方面军第41集团军、第22集团军则攻向别雷（Bely）的第41装甲军，这是苏军惯用的“钳形攻势”，这次战役也被称为“第5次勒热夫战役”。战役开始之后，希特勒就亲自致电莫德尔，要求不惜任何代价，坚决顶住苏军的这次进攻。
（上图）1942年12月，第9集团军总部，从左到右分别为：第6步兵军军长汉斯·约尔丹步兵中将、第9集团军司令莫德尔大将、第7伞兵师师长理查德·海德里希空军少将和第197步兵师师长埃伦弗里德·博格步兵中将。
在科涅夫方向，苏军在浓雾中穿过开阔起伏的地形进攻，大雪也降低了炮火准备的效果，侦察不够细致，疏漏了很多点，而且苏军在1942年的梯形进攻队形存在很大的问题，如一个师3个团展开进攻，排在第一线的只有2个团， 第二线1个团，呈倒“品”字形。按照相同原则，分解到连级单位以后，一个师27个连排在第一线的实际上只有8个连，而其他的连跟在后面，在还没有和敌人接触之前，就已经被炮火给炸死了一大半。莫德尔的集中炮火威力巨大， 暴露在雪原上的苏军死伤惨重，尤其是骑兵部队。
沿着冰冻的瓦祖扎（Vazuza）河岸进攻的苏军第20集团军仅取得了有限的胜利，他们突破了阿尔尼姆在河岸的防守，并在河的西岸包围了2个德军筑垒防御的村庄。突入10千米的纵深，但宽度仅为3~4千米。负责突破的是第2 道防线的第8近卫步兵军、第2近卫骑兵军和第6坦克军。完成突破后，苏军指挥员优柔寡断，军队拥挤在一条狭窄的走廊里。
莫德尔在第一天就投入了所有的预备队。德军就以连、营为单位，组成步兵、坦克和炮兵等小规模战斗群，顽强地守住了散布在瓦祖扎河西岸无数村庄周围的环形防线。苏军包围了这些防线并攻克了其中一些据点，但更多的留在他们后方的德军阵地成了致命的障碍。
中央集团军群司令克卢格元帅给莫德尔派来了新的援兵，莫德尔将军可指挥6个装甲师与2个摩托化师来抗击朱可夫的进攻。29日晚，已突破的苏军不得不放弃原计划，调头向东突围，经过一番苦战后才撤回到苏军防线。苏军在东部的凌厉进攻就这样虎头蛇尾地瓦解了。
勒热夫西部卢切萨（Luchesy）河谷和别雷两地成为最关键的战场，德军战略储备优先供应斯大林格勒，剩余的资源分配给那些还可以使用步枪的士兵，并抽调受到较少压力的部队来支援。第9集团军的储备几已耗尽，莫德尔大将发出了呼吁：“搜罗每一个能够作战的士兵，全部送往卢切萨河谷前线， 时间就是生命！”值得一提的是，莫德尔被普通士兵所拥戴，不是因为他总在第一线的“亲民”做法，更多的是他能“塑造”局势，找到解决问题的办法。
虽然有好几次第9集团军都处在崩溃的边缘，但德军超乎想象的疯狂给苏军造成了重大的伤亡，雪地上铺满了身穿褐色和白色伪装服的苏军尸体，一个超过12500具西伯利亚士兵尸体的“死亡之谷”后来成了此役的纪念地。
（上图）1942年12月21日，勒热夫的“坦克公墓”
这时，斯大林格勒战场上，曼施泰因正在准备发动“冬季风暴”的救援行动，需要大量的兵力，但是能调动的却都被吸引在了勒热夫战场，克卢格后来又给莫德尔派来了第12、第20和第19装甲师等部队。靠着大量的增援，终于迫使苏军转入防御。莫德尔抓住机会，在12月7日发起了反攻，第1装甲师和“大德意志”师一个团从北面，第19、20装甲师从南面，向苏军发动钳形攻势。3天以后，德军南北两路会师，苏军第41集团军有约4万人被包围了。
朱可夫投入了战略预备队第5、第6坦克军350辆坦克，试图再次从勒热夫的东侧击破莫德尔的防线，与索洛马廷的第1机械化军形成对进之势。但德军早已严阵以待，残酷的战斗在12月11日展开，莫德尔以攻对攻，发起了反冲锋，苏军前仆后继的波次冲锋在德军严密的防线和猛烈的炮火面前被撞得粉碎。经过3天激战，苏军又损失坦克300辆，官兵伤亡达数万之众，丧失了进攻锐气。16日凌晨，索洛马廷待援不及，在西伯利亚师的接应之下，放弃重武器向西突围了……
朱可夫元帅下令结束进攻。苏军在“火星”行动中付出的牺牲是沉重的，大约有10万人死亡，23.5万人负伤，1847辆坦克被摧毁，127架飞机被击坠。不过，在战略上，苏军却是成功的，他们阻止了德军中央集团军群向南方战区提供增援，保证了斯大林格勒战役的胜利。
德军在勒热夫的损失要远小于苏军，仅有4万人伤亡。莫德尔的成功来之不易，却证明了他一贯的看法：“坚守勒热夫突出部是一个战略上的错误。”如果德国中央集团军群早些弃守勒热夫突出部缩短防线，就能省下十几个师的防守兵力来增援第6集团军，那么，也许德军在斯大林格勒的悲剧就不会上演了。
,
