俄军在三天的戏剧性的北面突破中有三十四个师渡过顿河。装甲纵队向西南疾驶，捣毁德军后方，同时步兵师南下迂回，并迅速在斯大林格勒的德军第六军团背后建立起阵地。隐蔽在伏尔加河后面的重炮群也向斯大林格勒城内开火。朱可夫迅速把反坦克炮中队调向斯大林格勒，最后在该城北面和西北面的阵地上，集结了不少于一千门反坦克炮，随时准备击退德军的任何反攻。当希特勒指定前来挽回败局的埃里希?冯?曼斯坦因将军和古德里安将军赶到战斗现场时，斯大林格勒城内的第六军团的处境早已危若累卵。而且，致命的俄罗斯严冬也已近在眼前。
曼斯坦因急令德军撤离斯大林格勒，并廓清卡拉奇一带顿河渡口附近的后方地区；可是这道命令不是没送到保卢斯手里，就是未被理会。曼斯坦因主张第六军团应该向西南突围。当时，德军各装甲师几乎完全有把握进行这样的突围，即便步兵离开既设阵地时很可能遭到巨大损失，但接着曼斯坦因却又改变了计划。按照新计划，保卢斯的部队只要能得到补给，就在斯大林格勒坚守下去，直到12月初发起大规模的解围攻势为止。
与此同时，俄国人也确定了自己的战斗目标——全歼斯大林格勒城内的第六军团。他们集结了七个专门为发动冬季攻势而编制和训练的后备军团，他们所选择的战场集中在一块不到一百平方哩的地区，一边以斯大林格勒为界，另一边邻接顿河河曲。
当时，朱可夫还正在训练一批将在此次攻势中肩负重任的下级军官，因而没有充分利用上述出敌不意的戏剧性突破。德军扼守的战线是从顿河河畔的韦辛斯卡亚沿奇尔河下游经佩特罗夫卡、奥勃利弗斯卡伊和下奇尔斯卡亚(奇尔河在这儿与顿河汇合)，再顺顿河河道向南延伸。这条战线以东约二十哩就是斯大林格勒，那儿，第六军团处于苏军二千门大炮的团团包围之中。此时，红军已在三条明确的战线上同时发起猛攻。西南战线由瓦杜丁负责，北面的顿河战线由罗科索夫斯基负责，而南面的斯大林格勒战线则由叶廖缅科负责。
更多的德军装甲师、炮兵和步兵匆匆忙忙从中央战线和高加索战线以及从西部地区赶来增援曼斯坦因，以实现其营救计划(代号为“冬季风暴”)。他们于12月11日从顿河南面的科捷尔尼科沃出击，沿高加索一斯大林格勒铁路线向东北推进。这时恢复了元气的第四装甲军团在霍特指挥下担任主攻。尾随在后的是一支由各种卡车组成的行动迟缓的庞大车队，车上载着三千吨运给被围的第六军团的补给物资。一当霍特的装甲部队冲开一条通路，这支车队就将全速驶入斯大林格勒。蜂拥过河准备在城内发起进攻的俄军部队也历尽了艰难危险，因为伏尔加河中大块浮冰互相撞击，飘流而下，使得冒着敌军狂轰滥炸过河的渡船更加危险万分。
霍特的部队在已是白雪覆盖的大地上稳步向前推进。积雪下面的大地冻得绷硬，对这支装甲部队来说，一切似乎都很顺利。但德国人却不明白展现在他们面前的一望无垠的茫茫雪野尽是些纵横交错的溪谷沟壑，而配备着反坦克炮和重机枪的俄军步兵以及拥有迫击炮和机枪的骑兵部队就在那儿隐蔽埋伏，严阵以待。在12月14日和15日的寒夜里，行进中的德军遭到了神出鬼没的俄国骑兵的袭击。每天的拂晓和傍晚，俄军T34型坦克部队冲上来，袭击尾随着装甲部队的德军运兵车队和辎重车队，迫使德军停止前进，并调回装甲部队来对付它们。同时，空中云层低至五百尺，阴云密布，使得霍特的空军无法进行空中侦察。
12月17日，霍特的先头部队开抵距斯大林格勒三十五哩处的七十尺宽的阿克赛河，朱可夫虽然对霍特的逼近日益不安，但他所采取的唯一紧急措施是，派出一百三十辆左右的坦克和两个步兵师连同师属炮队前去保卫阿克赛河上的各座桥梁。显然，他正专心致力于歼灭被围于斯大林格勒的第六军团的二十一个师，因而不愿分拨任何数量可观的兵力去对付其他德军部队。然而在更北面，好久以来一直太平无事的南方战区与中央战区的交界处，戈利科夫将军和瓦杜丁将军率领的两个集团军现正沿着上马蒙一带颧河桥头堡两侧三十哩长的战线，发起另-—场重大进攻战。
这个地区除了德军一个整师和两个营外，主要由意大利第八军团、匈牙利第二军团和罗马尼亚第三军团的一些部队防守。在令人窒息的浓雾掩护下，四百五十辆俄军T34型坦克隆隆碾过顿河河面上的厚厚冰层。首当其冲的意大利人立即乱作一团，惊恐万分。刚强的苏军士兵几乎未遇到任何抵抗就在意军防御阵地上撕开了许多缺口。红军这场进攻象一个巨大的楔子，在沃罗涅什南面向西推进。同时，俄军也在下奇尔斯卡亚发动另一场果断进攻，把德军从那里的桥头堡中逐出，驱回到河对岸。德军沿奇尔河下游的整条战线开始崩溃。由于这一地区形势万分危急，因而德军不得不放弃原定由强大的第四十八装甲军协同从南方挥戈北进的霍特部队进攻斯大林格勒的计划。第四十八装甲军的全部力量都忙于试图遏制俄国人的新威胁，这一新威胁不但危及德军顿河集团军，而且也危及远征南方富饶的高加索地区的全部德军。
霍特的部队也陷入危境，他的长二百哩的整个东北翼战线看来也正在瓦解。曼斯坦因意识到，斯大林格勒城中陷入重围的二十五万德军的唯一希望，就是在霍特的装甲部队在外围发起冲锋的同一时刻、同一地点，集中全部力量突破俄军的包围圈。但是，保卢斯根本不想这么干，因为采用这种方式突围就等于承认德国武装部队的惨败。他几乎毫不在乎地断言，他和他的第六军团将一直坚守到复活节，他们所需要的是从空中得到充分有效的补给。保卢斯坚持说：。不管怎么说。元首绝不允许部队作这种类似投降的撤退。”保卢斯还进一步寻找理由自我辩解说，他的部队口粮不足，体力不强，此刻无法进行这种尝试。再说，部队拥有的燃料也只够行驶二十哩，无法按要求赶完三十哩路程。
12月19日，霍特的先头部队终于冲过阿克赛河，并继续向米什奥弗卡逼进。12月21日曼斯坦因亲自向希特勒陈明第六军团设法从斯大林格勒突围的迫切性。但是元首支持保卢斯的意见。曼斯坦因只得眼看着他为拯救那些围困在斯大林格勒的部队所作的全部努力化作泡影，为此他已冒险押上了他手下的精锐装甲师。就在此刻，沿米绍奥卡河(原文如此。疑为梅什科瓦河。——译者)行进的霍特装甲纵队，还远远落在冰封雪冻的草原的另一边，而部队背后的道路又危险地被庞大杂乱的补给车队所堵塞。就在这些装甲师的战线的最东端陷入险境的时候，德军顿河集团军二百哩长的东北翼也在土崩瓦解，部队狼狈撤逃。
曼斯坦因严令霍特把第四装甲军团逐渐向罗斯托夫后撤。同时，他还要设法在A集团军从高加索日益危险的处境中脱身时，为其提供侧翼掩护。虽然希特勒和保卢斯不会承认，但这位德国将军却明白，斯大林格勒的第六军团现在只得听天由命，它已被五十万构筑了工事的苏军步兵(朱可夫手下兵力的一半)无情地围困着，并处于朱可夫手下百分之三十的炮兵力量的威胁之下。可以这样说，第六军团的牺牲如果还有一点价值的话，那就是，它牵制了朱可夫用以击溃正在退却中的德军顿河集团军所必需的兵力。
12月23日，曼斯坦因的交通线受到俄军从北面向米列罗沃一塔宗斯卡亚一莫罗佐斯卡亚一线推进的威胁。次日，马利诺夫斯基将军把俄军预备队包括精锐的近卫军师投入战斗，重创退却中的德军。这是一场大规模攻势的前奏，它将以七星期后俄军重克罗斯托夫而告终，在圣诞节，高加索的俄军部队攻克纳尔奇克，1月2日袭取莫兹多克，于是德军突然从高加索仓惶溃逃。
1943年1月8日，俄国人敦促保卢斯投降，并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，并保证战后人人遣返回国，但是保卢斯没有希特勒的批准是什么也不敢干的。此时，在阴暗潮湿、寒气侵骨的掩体和掩蔽部里，在尸体狼藉的废墟中，德军士兵饱受艰辛，日益难熬。面包定量是每人每天一片；十五个士兵分食一公斤土豆，而饮水的唯一来源是融化积雪。弹药也同样极端缺乏，每人每天最多分到三十发子弹，并只在遭到攻击时才准发射。
原先估计，这支被围的军队每天有五百五十吨补给物资就能维持，而所有这些补给可以空运给他们。但是从最邻近的塔宗斯卡亚和莫罗佐斯卡亚的机场起飞，来回飞行一次得要三个小时，每架飞机每天只能飞一次。这支可供使用的运输机队由二百二十五架容克52型飞机组成，整个补给计划是在所有飞机每天都能起飞这一前提下制定出来的。可是实际上每天难得有八十架以上的飞机可供使用。两中队经过改装的亨克尔111型轰炸机被调来以加速运输进程，可是这种飞机的载重量每架只有一吨半。补给运输的指标从未达到过。在俄军的步步紧逼之下，这两个机场不得不放弃，补给物资也只能在夜间空运了，这时的平均运输量降到每夜六十吨。在此期间，德国人把同陷于该城的罗马尼亚骑兵师的马匹宰食一空，他们不得不在废墟中捕捉狗猫和乌鸦来填肚子。
德军士兵不可避免地日见衰弱，最后，在他们被赶出既设阵地之时，连挖掘新的炮位和战壕的力气也没有了。他们用冻结的雪块艰难地堆积起堵堵雪墙以挡风雪，在刺骨的严寒中冻得神志麻木，一个个蜷缩在地上。受伤往往就意味着死亡，因为即使他们不死于严寒，他们的同伴也没有力气把他们扶起抬走。自杀事件层出不穷，为此，保卢斯还专门发布了一道“每日训令”，说自杀乃是军人的耻辱。
1月10日夜，俄国人向斯大林格勒发起决定性的进攻。据估计，当时还剩下二十五万德军士兵可以作战。在这烈焰熊熊、爆炸声震耳欲聋的地狱里，德军士兵中间流传着俄国人不留活口的谣言。许多德军士兵死战到底，把最后一发子弹留给了自己。
俄国人的进攻延续了两昼夜。德军防御圈每小时都在收缩。到1月24日，德军被压回到去年9月13日曾构成俄军防线的那些阵地上。虽然，既无相互配合又无统一指挥，但他们还是战斗着，直到最后被杀死，或是由于身负重伤、精疲力竭而倒下。不久，所有的临时急救站和设在地下室里的医院都塞满了伤员。依旧留在露天下的重伤号剧痛难熬，恳求同伙把他们打死。德军剩下的唯一一条补给通道——机场和备用小型机场也被占领，最后的一线希望归于破灭。然而在以后的几天里，德国人依然在被炸毁的大工厂里，在迷宫般的地下室和下水道里，在专门修筑的地下堡垒里继续拚死抵抗。工月30日，保卢斯指挥部的所在地南部据点也被攻破。这位德国将领被俘。两天后，最后一些零星抵抗也告平息，第六军团投降了。惊心动魄的斯大林格勒战役终于结束——德国在东方获胜的希望也全部化为灰烬。
最终被困在斯大林格勒的德军二十一个师中(不包括罗马尼亚骑兵师)有九万一千人，其中包括二十四名将军，他们已沦为战俘而被押走。斯大林格勒这座巨大的城市经过这一战役几乎已被夷平，惨重死亡的人数如此众多，以致全城难以找到一处可以落脚的干净地方，到处都是德国兵和俄国兵冻结的血肉和骸骨。仅在战役的最后阶段，就有十四万七千二百名德国人和四万六千七百名俄国人被杀。
《红星报》在工943年2月5日完全有理由这样自豪地报道说：“在斯大林格勒遭到覆灭的部队是德国军队的精华。希特勒曾特别以第六军团及其巨大的打击力量而引为自傲。在冯?赖希曼的率领下，该军团首先侵入比利时。它开进巴黎。它参加过对南斯拉夫和希腊的入侵。在大战前，它还曾参加过对捷克斯洛伐克的占领。1942年，该军团从哈尔科夫突进到斯大林格勒。”俄国胜利者确已清偿了某些宿怨。
