Chiến dịch Sao Thiên Vương là mật danh của chiến dịch có tính chiến lược của Liên Xô thời gian cuối năm 1942 trong Chiến tranh thế giới thứ hai tại khu vực phía Nam mặt trận Xô-Đức, trên hai khúc ngoặt giáp nhau của sông Đông và sông Volga với trung tâm là thành phố Stalingrad. Kết quả của chiến dịch này là việc ba phương diện quân Liên Xô đã bao vây Tập đoàn quân 6 và một phần Tập đoàn quân xe tăng 4 của quân đội Đức Quốc Xã, đánh thiệt hại nặng các Tập đoàn quân 3 và 4 của Romania, tập đoàn quân 8 của Ý và bộ phận bên ngoài vòng vây của Tập đoàn quân xe tăng 4 của Đức. Chiến dịch này là giai đoạn đầu của toàn bộ Chiến dịch Stalingrad với mục đích tiêu diệt các lực lượng Đức ở bên trong và xung quanh Stalingrad, đánh lùi các cuộc tấn công mở vây của Quân đội Đức Quốc xã trong chiến dịch Bão Mùa đông. Việc hoạch định chiến dịch Sao Thiên Vương được khởi xướng vào thượng tuần tháng 9 năm 1942, được triển khai đồng thời với các kế hoạch bao vây và tiêu diệt một bộ phận của Cụm tập đoàn quân Trung Tâm (Đức) tại khu vực Rzhev - Viazma (Chiến dịch Sao Hoả) và các chiến dịch kiềm chế Cụm tập đoàn quân A của Đức tại Kavkaz.

Sau hơn 4 tháng triển khai Chiến dịch Blau trên toàn bộ cánh Nam của Mặt trận Xô-Đức, quân đội Đức Quốc xã đã tiến sâu thêm từ 150 km (trên hướng Voronezh) đến hơn 250 km (trên hướng Stalingrad). Đặc biệt, đòn đánh vào Bắc Kavkaz do Cụm tập đoàn quân A (Đức) thực hiện không triệt để, không chiếm được các dải đất liền ven Biển Đen phía Nam Novorossissk đã làm cho toàn bộ chiến tuyến cánh Nam của mặt trận Xô-Đức kéo dài hơn gấp 2 lần, lên đến trên 1000 km. Đến cuối tháng 5 năm 1942, mặc dù có trong tay tổng cộng 102 sư đoàn nhưng hai Cụm tập đoàn quân A và B vẫn không đủ quân để gây áp lực với quân đội Liên Xô. Điều này buộc Bộ Tổng tư lệnh quân Đội Đức Quốc xã phải điều thêm quân từ Trung Âu và Tây Âu để bảo đảm tính liên tục của trận tuyến. Ngoài 28 sư đoàn Đức được điều động từ Tây Âu đang hoàn toàn yên tĩnh, Bộ Tổng tư lệnh quân đội Đức còn điều động cho cụm tập đoàn quân B hai tập đoàn quân 3 và 4 của Romania, tập đoàn quân 8 của Ý. Các đơn vị này cùng với tập đoàn quân 6 và tập đoàn quân xe tăng 4 (Đức) phụ trách hướng Stalingrad (hướng chủ yếu). Cụm tác chiến Weichs thuộc Cụm tập đoàn quân B gồm tập đoàn quân 2 (Đức) và tập đoàn quân 2 Hungary có nhiệm vụ giữ tuyến mặt trận Voronezh - Liski - Kantemirovka. Cụm tập đoàn quân A gồm tập đoàn quân xe tăng 1 và tập đoàn quân 17 (Đức) hoạt động tại Bắc Kavkaz với mục tiêu đánh chiếm các mỏ dầu ở Baku hay ít nhất cũng cắt đứt các đường ống dẫn dầu từ Baku về Nga. Tại hướng Stalingrad đã hình thành một thế trận bất lợi cho quân đội Đức. Từ ngày 23 tháng 8, chủ lực cụm tập đoàn quân B gồm Tập đoàn quân 6 và Tập đoàn quân xe tăng 4 tấn công vây bọc Stalingrad từ hai hướng Bắc và bị hút vào các trận đánh trong thành phố để cố chiếm lấy Stalingrad từ tay các tập đoàn quân 62, 63, 64 của Liên Xô. Các tập đoàn quân 3 và 4 (Romania) và tập đoàn quân 8 (Ý) yểm hộ hai bên sườn có binh lực yếu hơn.