第一階段：蘇軍進攻
戰役在11月15日打響，到11月24日，蘇軍對大盧基城的進攻開始了。強大的蘇軍迅速從城的南北兩面形成了半包圍之勢，幾乎沒有碰到成建制的抵抗(因爲本來也沒有多少部隊)，蘇軍部隊在零星的戰鬥中踏着雪地前進，到晚上，已經幾乎形成了對大盧基城的合圍。在Kuban小溪附近的德軍撤退太快，以至於蘇軍第二天就可以展開對大盧基的進攻。然而25日的進攻讓蘇軍傷亡慘重，26日，蘇軍繼續加強進攻，但德國人仍然守衛着陣地，不過他們自己損失也很大。27日，蘇軍357步兵師完成了對城市的合圍，那天Sass中校打給了司令部最後一個電話，此後，和城裏只能通過無線電聯繫了。 28日中午，蘇軍已經切斷了Novosokolniki城南的鐵路，達成了他們的戰役目標，德軍Scherer將軍開始接管該城戰鬥指揮權，他把一切能找到的兵力都集合起來，打算堅守到最後一人，雖然前線將士從開始就意識到敵軍比料想的強大許多，但是希特勒的最高統帥部內此時正在爲斯大林格勒焦頭爛額，根本沒有多少精力顧得上這個小城市。
由於中央集團軍羣的預備隊全部投入了勒熱夫方向，根本沒有力量支援大盧基，於是請求向西方突圍，如果當時得以批准，那麼德軍可以不遭到多少損失輕鬆突出重圍，代價只是德軍防線後撤10到15英里，而重要的維特伯斯克(Vitebsk)——列寧格勒(Leningrad)鐵路仍在德軍手中，而且空間足以掩護該鐵路不受威脅，撤退後，形成的蘇軍突出部可以在德軍抽出兵力後，從南方進攻而解決。
雖然希特勒沒有多少精力來照顧大盧基的戰鬥，但是他卻再次堅定的“照顧”了大盧基地區德軍的命運，希特勒要求大盧基守軍不惜一切代價，堅守到解圍，而且也的確搜刮了附近能夠作戰的部隊，但是當希特勒要求精銳的傘1師參戰時，遭到了帝國元帥戈林的拒絕，這個精銳師的缺席，是德軍沒有成功解圍大盧基的主要原因之一。(注：原文中戈林的理由是：“the pision remain intact in its present position”，根據其他資料考證，蘇軍在對大盧基進攻的同時，在周邊地區發動了一些牽制性的進攻，第一傘兵師也被捲進去了，因此這句話很可能是“the pision remain contact in its present position”的筆誤)
雖然一時沒有增援部隊到達戰場，但是能抽調的增援部隊的確在從各處向這裏疾馳，包括一些原本應該出現已經取消了的斯大林格勒方向曼斯坦因進攻計劃中的部隊。
雖然最近的傘1師沒有出現在戰場，但是第8裝甲師已經從列寧格勒啓程，經過了長期的艱苦戰鬥，這個裝甲師的實力大大削弱了，而且這個裝甲師是以從來沒有完成過預期任務而著稱的。 也許大盧基包圍圈內的德軍聽到是第8裝甲師來解救他們時，“心裏瓦涼瓦涼的啊”。不過這次戰役中，他們表現很出色。此外，本來應該調往列寧格勒的第20摩托化師也奉命南下，291和205步兵師現在已經不用參加曼斯坦因的作戰計劃了，因爲進攻已經取消了，也一併向大盧基推進，他們將由東南方進入戰場，去解救南部的兩個包圍圈內德軍。
1SS摩托化旅則奉命解救Novosokolniki，雖然他們也正在休整，但是戰鬥力還是很可觀，但是戈林派出的第六空軍野戰師就差多了，幾乎派不上什麼用場。331步兵師則更慘一些，如果說其是二線部隊，都有些擡舉，它本來是在西線執行後方警戒任務，隨後又被調到東線一個安靜的角落執行同樣的任務。它的兩個團長太老了，老到沒有人扶都難以自己走出團指揮部，於是只好讓剩下一個稍微年輕力壯些的團長把時間分成三份，輪流指揮三個團作戰。
此外，兩個裝備105mm火炮的炮兵營，一個火箭炮旅和勃蘭登堡團一個輕步兵營也投入了戰鬥。這些部隊是可以給蘇軍重大殺傷的。
雙方都很清楚的認識到，大盧基城撐到援軍到來是完全有可能的，所以儘管Kuban小溪邊的德軍防禦工事尚未清除完畢，蘇軍就發起了對大盧基的進攻，想趕在援軍到來之前拿下城市。在坦克的支援下，蘇軍的進攻一波又一波，雖然給德軍帶來了嚴重傷害，但是自己損失也更嚴重。就像在整個衛國戰爭期間一樣，損失並沒有影響進攻，雖然在缺少火力支援的情況下，進攻嚴密設防的城市是進攻方的地獄，進攻仍然從城市的各個角落持續不斷。
蘇軍重型火力支援不足，儘管加裏寧方面軍調撥了一個重型迫擊炮團和一個重型炮兵團，但是大多數重型火炮都被調往勒熱夫了，這也是進攻前蘇聯人所擔心的。但蘇聯人的炮兵還是很有效的給與了守城德軍廣泛殺傷，炮彈像冰雹一樣砸在城裏，後來城裏滿天都瀰漫着水泥碎塊，德軍受傷率也因此非常之高，但是由於被圍困，受傷的士兵也沒法得以治療和補充。不過一旦前沿陣地突破後，蘇軍也只能依靠人海衝鋒。
儘管是在二戰中最不惜代價進攻的蘇軍，也承受不起這樣的消耗，到11月30日，參與主攻的第21和46近衛步兵師已經損失殆盡，不得不後撤整編，而第249愛沙尼亞步兵師，則士氣低落到極點，幾百名士兵甚至臨陣倒戈，參加到德軍一方，再也不願意爲斯大林戰鬥了。
不過蘇軍的損失換來了他們希望看到的結果，只不過3天，德軍第343安全營快被打光了，倖存者不得不撤離城市。Sass意識到除非援軍到來，否則早晚德軍會被優勢敵軍消耗光。在12月15日，Sass電告Scherer：“士氣仍然高昂……但是損失同樣巨大，我們的補給不多，彈藥有限……蘇軍蒙受了更巨大的損失，我們面前的愛沙尼亞各師士氣很低，我們會堅守陣地，不會讓戰鬥變成游擊戰……Sass。”
蘇軍在猛攻大盧基的同時，向戰役的最終目標Novosokolniki推進，從11月24日到12月10日，優勢蘇軍掃清了該城南北兩側的德軍，南方的兩個德軍戰鬥羣也被分割包圍，動彈不得。
但是因爲所有通向Novosokolniki的主要道路都要經過大盧基市區，而大盧基顯然不是一天兩天可以奪下來的，所以在向西突擊的路上，即便是師屬炮兵也難以通過洛瓦季(Lovat)河，如果要拿下Novosokolniki，缺少了這些火炮是不行的。普爾卡耶夫最終，也是唯一的選擇是坦克和步兵迅速殺開一條血路奔向Novosokolniki，將清場留給後面的部隊。
這樣，只有先解救Novosokolniki，纔有可能打開大盧基的局面，第三山地師重新奪回了Novosokolniki南方的鐵路，而北方，第83和291步兵師的部隊，到12月12日，也將蘇聯人擊退了10公里。儘管如此，因爲天氣和大雪覆蓋的地形，解救行動也仍然不易。第8裝甲師，在北方的Gorki稍事休整就投入了戰鬥，他們這次非常拼命，和蘇軍爭奪着每一寸土地，爲了堵住它，蘇軍將能從大盧基和Novosokolniki抽調出來的部隊，都扔到它前進方向上了。在如此強烈的狙擊下，第8裝甲師推進到一半就再也推不動了，它的步兵損失慘重，能開的坦克更少了。但第8裝甲師的努力，使得蘇軍不可能再對Novosokolniki抱有幻想了，12月14日蘇軍決定放棄對Novosokolniki的進攻，鐵路樞紐保住了。
第二階段，德軍解圍
現在，戰線開始穩定了，而蘇德兩軍都停下來整補疲憊的部隊，蘇軍的傷亡驚人，21和46近衛師徹底崩潰了，9和19近衛師也幾乎傷亡殆盡。249愛沙尼亞師則有1100多人逃離戰場。德國方面的損失相對更爲嚴重，例如，一個山地團22名軍官中損失了20人，戰前786人的名單，現在只剩了60人，到12月18日，291步兵師和20摩托化師總共只有6,200人。
而德軍能夠得到的補充相當有限，因爲在南線，斯大林格勒正在吞噬着德軍的有生力量和補給，而德軍能夠得到的只有元首的口號，在12月16日，希特勒給Sass拍了專電：“我表彰你和你的士兵如此的勇敢作戰，我相信你們會如鋼鐵般堅實，就像Scherer在霍爾姆一樣等來援軍。”作爲一名勇敢的軍人，Sass回電：“大盧基將堅守到最後一人”，同時，他請求空軍空投更多的給養。
雖然斯大林格勒方向吸引了大量德國空軍，在大盧基方面還是經常有飛機出沒，他們盡全力爲包圍圈內投下必要的藥品和其他補給，因爲城裏沒有機場，所以空投成爲最常見的方式，結果很多都補給了蘇軍。對於體積較大的補給品，則通常採用滑翔機，在經過一片密佈高射炮的森林(蘇聯人就怕這個，所以特地防範)後，脆弱的滑翔機會降落在城裏滿是瓦礫的街道。
就這樣，輕型反坦克炮和其他火炮，火箭炮彈藥甚至整個班的特種人員被送進了大盧基，顯然，這非常有效的延長了大盧基堅守日期，但是並不足以持續無限長時間。空軍也損失慘重，整個大盧基戰役期間，80架寶貴的He111和Ju52連同飛行員墜毀在這裏。
由於Chevallerie很難在指揮守城部隊的同時指揮解圍，第二支解救部隊指揮部也建立了，以便緩解Chevallerie的壓力，這就是Wohler戰鬥羣，由中央集團軍羣參謀長Wohler中將指揮，他們將從東南方向進攻。其下屬部隊從11月25日到12月18日已經損失了9,940人，而補充只是那些還能上戰場的傷員。儘管如此，Wohler還是決定全力解救大盧基，1943年1月4日，代號爲託提拉(Totila，東哥特人君主)的解救行動正式開始。雖然缺少坦克突擊炮和彈藥，但是由於解救迫在眉睫，所以鮮血和意志取代了武器，讓德國軍人們爲了包圍圈內的同志毅然前進。
而大盧基守軍則只能眼巴巴看着圍城的蘇軍換上了一批新人，而這些生力軍再次給了他們重大打擊，1942年的最後一天，城市被切割成兩半，東部從此失去了和西部的聯繫，德軍指揮官毫無辦法，蘇軍爲了拿下大盧基不惜血本，攻擊規模從連到旅，無論遭受多大損失，他們總能獲得新的補給，城市一天天被蠶食。
但在新年後，Sass仍然每天發出長長的戰場報告，城裏的情況一目瞭然。報告顯示，幾百名傷員被照顧的很好，完全沒有被凍或者被敵人俘虜，但是他們得不到及時必要的治療，連醫護人員都不足，只好用俘虜的愛沙尼亞人充當護士，藥品也幾乎沒有了。食物不足，儲備的一點馬肉也壞了，腸道疾病流行，彈藥也快用盡了，而城裏每次都遭到蘇聯人的彈雨，蘇聯空軍也不分天氣進行轟炸。與東部相比，西部情況較好，城堡成爲了500名德軍傷員的庇護所。
看到城裏的情況，解救行動一刻也不能耽擱了。而Wohler面臨着兩個問題，一是如何解救大盧基南方兩個包圍圈內的德軍，Wohler將他們交給了59軍，命令他們自行突圍，而最終他們也成功了。二是如何鞏固現有戰線，並且選擇合適的突擊點，由於現在德軍防線最南端幾乎不用考慮蘇軍的威脅，因爲有空軍第二野戰軍被部署在那裏，而北面幾乎是不可逾越的森林，所以，Wohler決定從中央打開通路。
在地面進攻中，蘇聯人也沒有足夠的兵力，掩護全部的防線，儘管1SS摩托化旅和20摩托化師在南線遭到了頑強的抵抗，但他們逼迫蘇聯人從更重要的中央防線抽調了部隊。Wohler的預定目標，此時只能說是至多都部分達到了。相比兩週後的德軍解圍行動，普爾卡耶夫一定會對自己在德軍這次解圍行動中的表現更加滿意，因爲他把一切能夠阻止德軍推進的裝甲部隊都頂在了德軍面前，包括整個第二機械化軍。但蘇軍對大盧基的進攻還在繼續，情況在一天天的惡化。
雖然蘇聯人在河西缺少重炮，使得他們傷亡更大，但是很快他們想辦法把更多的炮和彈藥送過了河，Wohler難以推進，必須增加兵力，而原定進攻的兩個師裏有一個是完全不適合進攻的331師，於是只有1個師投入戰鬥，而城裏的情況日益危急，除非蘇軍撤退，否則堅守不了幾天。雖然南方遭到堵截，北方的第8裝甲師也迴天無力，但由於蘇軍抽調了部隊到南北線，使得中線的進攻還是卓具成效的，最終德軍距離城堡只有3公里了，1月9日，第五山地獵兵營搭乘突擊炮和卡車，在大白天英勇地突進了城堡(Citadel)(也有資料稱是勃蘭登堡特種營搭乘繳獲的T34和德國突擊炮進入城堡的)，這成爲一個關鍵的轉折點。但疲倦不堪的蘇軍迅速組織了坦克和步兵反攻，迫使進攻的德軍轉攻爲守。
現在東部想守住是不現實了，但是如果城堡(Citadel)能夠守住，Sass可以率領他的部隊向西突圍，而且這裏還將成爲反擊出發點。然而，解圍行動兵力大大不足，如果再有一個營突入城堡，解圍行動可能就成功了，但是沒有更多部隊了，而第五山地獵兵營的15輛裝甲車輛不到1個小時就被蘇聯人的喀秋莎毀滅了，爲了避免被殲滅，現在城堡守軍只能向西突圍了。
在希特勒的命令下，空軍不情願地投入了一個傘兵營，但是他們人數太少，來得也太晚了。在14日到15日夜，傘兵營拼命從西南向城堡突擊，以便與包圍圈內的第五山地獵兵營部隊匯合，打開一條通往城堡的通路，然而，雖然有一名對地形非常熟悉的團長帶隊，在被蘇軍炸的面目全非的城區裏，他們還是迷路了。而城堡裏尚且可以行動的守軍，則在第五山地獵兵營的帶動下，竟然自行殺開了一條血路，經過血戰後剩下的150名勇士，在早上出現在軍司令部的面前。
大盧基最終陷落了，1月14日，Sass來電，“現在我們只有最後兩個碉堡了，敵人已經出現在我司令部前方。”1月15日，4：40，Sass彙報說：“我們將不考慮突圍，因爲那樣的話2,000名傷員將落入蘇聯人之手……請立刻解救我們，立刻!”在7：20，Sass再次來電：“請立刻解救我們!”在8：40，最後一條電報是“請立即向我們開炮!”此後一切都沉寂了。1月16日，官方宣佈大盧基失守。雖然此後幾天，西線還進行着戰鬥，但是已經無助於改變結果了。蘇聯人奪回了大盧基，7,000德國守軍覆滅。德國人則守住了西部，儘管防禦態勢大不如前了。
