11月11日，德军铺开600码的前线，成功到达伏尔加河，第三次把苏军冲散。保卢斯的第60军和第4装甲军占领了整座城市的四分之三，但是崔可夫的第62军仍然守住了右岸，并得到大量增援，德军决定从顿河派出更多的兵力到城市南部，原来的顿河沿线西北部由罗马尼亚第3军和意大利第8军接替，斯大林格勒以南由罗马尼亚第4军接替，这给了苏军很大的机会。

策划斯大林格勒由北向南双重包围圈的是朱可夫，这个包围圈在1942年11月23日成功完成，12月就成功抵御了曼施泰因的反攻，1943年1月发展成为一个牢不可破的据点，2月以德军的投降而结束。崔可夫作为一只被拴住的山羊，被留在城中以牵制住德军这匹狼。

从星期四开始的四天，11月19日，朱可夫把四个集团军群投入这场代号为“天王星”行动的伟大战役之中。11月的前三星期，15万人、430辆坦克、6000门大炮和迫击炮等渡过伏尔加河和顿河。 “天王星”行动中，沃罗涅日、西南和顿河方面军袭击斯大林格勒北部，斯大林格勒方面军绕到南边形成一个典型的钳形包围圈。

苏军的3500门大炮、迫击炮和火箭于11月19日星期四7时30分首次开火，震醒了30英里外的德军。 德国的地雷阵在进攻的前一个夜晚由苏军的工兵清理完毕。 11月20日，星期五，南部的钳子撕裂了第4罗马尼亚军，很快取得胜利，打开一个更大的17英里长的缺口，第4骑兵军和第4机械化军由此涌入。

11月23日星期一晚上，苏军在顿河畔卡拉奇附近的苏维埃茨基村完成了斯大林格勒的包围圈。保卢斯要想逃出这个大包围圈与东北曼施泰因的援军会合就必须快速进军，但希特勒没有批准这一要求，保卢斯自己也不想冒险。

到12月中旬，第6军的绝境只能靠曼施泰因的援助才能得以缓解。曼施泰因的计划是霍特的坦克到达外围战线20英里以内时，保卢斯立即突围。但是12月16日，朱可夫发动了“小土星”行动把霍特牵制住。 苏联西南方面军消灭了顿河中部的意大利第8军，撕开一个60英里的口子。

1月10日，罗科索夫斯基随后向包围圈的南部和西部发动大规模进攻，代号为“指环”行动。1月23日，元首又向保卢斯发布了一道意料之中的命令：“不许投降。第6军要坚守阵地直到最后一兵一卒 。”一星期后，希特勒把保卢斯提升为陆军元帅。1月31日7时35分，保卢斯在藏兵坑里被俘。

保卢斯被俘两天后，北方部队也投降了。德国国防军一共损失了20个师--13个步兵师、三个装甲师、三个摩托化师和一个防空师，另外还有两个罗马尼亚师，一个克罗地亚师。

斯大林格勒战役是一场不顾一切战略战术的残酷厮杀。能在1942年--1943年冰冷的冬天活下来就算是胜利，但是两大部队短兵相接，逐房逐屋地战斗了整个冬天，在战争编年史上从未见过如此的规模庞大、舍身忘死的战斗。双方大约有110万人战死沙场，战争爆发前的50万平民只剩下几千人。