第六集團軍的艱難處境，使得德國上下一片忙亂，但是希特勒並不希望自己剛做出的決定被推翻，三歲因爲一些新型單兵武器的應用使得比歷史上的攻擊力更加強悍，但是面對和歷史上差不多的情況時，德國人還是無能爲力，最多就是給蘇聯軍隊造成更大的傷亡，但是飢寒和彈藥匱乏，已經後勤的補充不上，讓的國軍的日子一日比一日艱難。雖然碎臉的傷亡很大，但是蘇聯最不在乎的就是士兵的傷亡。
1月8日，蘇頓河方面軍司令員羅科索夫斯基中將向德第6集團軍司令保盧斯上將發出最後通牒，敦促其投降，只帶自己現在朝不保夕的保盧斯電告希特勒，要求准予他相機行事，如果希特熱了允許他就可以決定突圍。雖然這樣傷亡會很大，甚至會投降，但是固執的希特勒在駁回了他的要求，10日，羅科索夫斯基的頓河方面軍向被圍的德第6集團軍發起了代號爲“指環”的進攻，深陷重圍的德軍開始從斯大林格勒郊區向城區收縮防守，德軍陷入了反包圍當中。
1月22日，蘇軍佔領了古門拉克機場，第6集團軍的空運補給完全運輸和傷員撤退行動的徹底中斷了，被來就脆弱的後勤補給更加雪上加霜。雖然食物和彈藥都極度匱乏，但驕傲的德軍仍然頑強抵抗，因爲他們相信蘇聯人會處死投降的軍人，畢竟卡廷森林中發現的那些波蘭官兵的屍體就是一個明證，在斯大林格勒城中再次爆發了激烈的巷戰，相反，蘇聯人也被包圍圈中的德軍龐大的數量感到驚訝，因此繼續鞏固包圍圈，這個時候擔心自己小命的保盧斯再次向希特勒報告說：“部隊已不能支持了，繼續抵抗已毫無意義，請準允我們投降！”
但他得到的答覆是：“投降是不可能的，第6集團軍應在斯大林格勒盡到其英勇的責任，直到最後一人爲止！”曼施泰因力勸希特勒批准第6集團軍殘部投降，而希特勒向曼施泰因解釋說，不允許投降：“一來即使包圍圈中的德軍分成幾個較小的單位，也還可以抵抗相當長的時間；二來，俄國人根本不會遵守對第6集團軍投降後所許下的諾言！”事實上希特勒最擔心的是他的威信受到重大的打擊。
1月30日，希特勒授予保盧斯德國陸軍元帥節杖，以鼓勵其繼續抵抗下去，他對約德爾說：“在德國曆史上，還從來沒有元帥被生俘的！”希特勒也希望保盧斯能夠戰鬥到底或自殺殉國，1月31日，保盧斯向總部發出最後一份電報：“第6集團軍忠於自己的誓言並認識到自己所負的極爲重大的使命，爲了元首和祖國，已堅守自己的崗位，打到最後一兵一卒，一槍一彈！”不過這場戰役註定希特勒將會失望，他的元帥沒有殺身成仁的膽量和決心，保盧斯也只是在喊口號上比較在行，在決定自己小命的時候，自己的命最重要，這一點已經經過了無數次的證明，所以，當蘇軍攻入德軍設在百貨商場內的司令部時，保盧斯選擇了投降。
同日，蘇軍第64集團軍的第38摩步旅打到了保盧斯的司令部：“第六集團軍無線電臺即將關閉，俄軍已經攻佔司令部!打垮布爾什維克萬歲，天佑德意志！”1943年2月1日，被包圍的第六集團軍司令部發報員自己決定向柏林發出了最後一封感動德國人的著名電報，最後用國際電碼寫上“cl”，表示“本臺停止發報”，蘇軍在地下室外叫第6集團軍司令部人員投降，第6集團軍參謀長施密特將軍接受了要求，施密特問保盧斯：“請問陸軍元帥，還有什麼話要說嗎？”保盧斯本來還想慷慨激昂的進行一番不畏**的演說，但是他那不斷髮抖的雙腿出賣了他，看着蘇聯軍人的衝鋒槍，張了張嘴最終無話可說的保盧斯只好投降，1943年2月2日，在司令部投降後，被圍困在斯大林格勒城北的第11軍殘部也宣佈投降，至此，斯大林格勒會戰結束，德第6集團軍司令保盧斯元帥，步兵第4軍軍長普費費爾中將、第51軍軍長庫爾茨巴赫中將、第295師師長科爾費斯少將等23位將官，2000名校級以下軍官和91000名極度飢餓勞累的德軍士兵被俘，約14萬人死亡，只有3萬餘傷患者事先陸續空運撤出，在戰俘營中這些德國士兵很驚訝的發現他們已經決定報效國家的元帥閣下也在這裡，並且準備着改頭換面徹底的投靠他以前十分厭惡的蘇維埃，甚至打算勸說蘇聯組建以他爲首的傀儡軍隊和希特勒作戰，不過這個要求斯大林沒有同意。
這次被俘虜的人員中，讓蘇軍大爲驚喜並同時讓德軍極爲失望的是，戰俘中包括22名將軍，希特勒對這位新陸軍元帥極爲失望，並公開說“保盧斯差一步就要跨入光榮的殿堂，但是他還是選擇了退卻！”目前沒有明確的證據表明日德戰俘受到嚴重的虐待導致大面積死亡，但是，據統計降的91000名戰俘中，只有6000名得以生還，並回到了故土，由於大多數士兵本身已經營養不良，缺乏醫治，加上紅軍將他們發配到蘇聯各地的戰俘營中進行強制勞動，使得大多數人死於過度勞累和營養不良，十幾位高級軍官被帶往莫斯科，用作蘇聯的政治宣傳工具，包括保盧斯在內的軍官們發表了反希特勒宣言，並向德軍部隊大肆宣傳，直到1955年，這些高級戰俘才被遣送回國。
不過在殲滅了城內的德國軍隊之後，蘇聯軍隊也傷亡慘重，喪志了三分之二的戰鬥力，所以在收復了斯大林各個後，蘇聯在也無法進攻，在其他戰線上也進攻乏力。雖然德軍的進攻勢頭已經減退，但是蘇聯也暫時無法進攻，這個時候本來應該有的大規模英美軍援也聊聊無幾，使得蘇聯的處境更加艱難，蘇德戰場上雙方出現了僵持，一如一戰期間的戰壕站一樣，誰也無力在發動進攻。
在這次的戰役中，整個戰役持續199天，由於戰役規模太大，傷亡者人數始終無法得到準確統計，在戰役最後階段，德軍仍然對蘇軍造成了沉重的打擊，同時，蘇軍也幾乎消滅了德軍第6集團軍全部（下轄第8、11、51步兵軍，第14裝甲軍）和第4裝甲集團軍部分（第4軍），有21個德國師的番號被從序列表中消去（第3、29、60摩步師，第14、16、24裝甲師，第44、71、76、79、94、100、113、295、297、305、371、376、384、389步兵師，第9高炮師），另有大量直屬部隊被消滅（被殲滅時，第6集團軍下轄第51和第53迫擊炮團；第2、第30煙霧發射器團；第4、46、64、70炮兵團；第54，616，627，849炮兵營；第49、101、733重型炮兵營；第6、41輕工兵營），這使得德軍看起來被打擊悽慘無比，相反雖然蘇聯的損失要大於德軍，但是每個部隊的編制都存在，沒有被整建制的消滅，這方面蘇聯的一個師兩個班子的做法也發揮重要作用。
斯大林格勒會戰後，德軍完全喪失了蘇德戰場的戰略主動權，正如德國陸軍總參謀長蔡茨勒將軍在這場戰役結束之後所說的那樣：“我們在斯大林格勒損失25萬官兵，那就等於打斷了我們在整個東線的脊樑骨！”同時，蘇聯也付出了沉重的代價，在德軍攻入城區的短短1星期內，超過4萬蘇聯市民被殺，而在整個戰役中犧牲的平民人數沒有準確的統計，但可以說遠遠超過這個數字，蘇軍具體傷亡人數爲：474871人死亡，650,878人受傷或被俘，合計傷亡1,129,619人，此役，蘇軍的損失仍然要超過德軍，不同的是：德軍是被整建制消滅，戰鬥力不復存在，新的部隊不經一段時間的訓練形不成戰鬥力；而蘇軍殘存的部隊補充新兵，以老帶新，可以迅速形成戰鬥力，而且德軍人員和物資難以補充，蘇軍補充的速度和數量則遠超德國，德國的實力因此而衰弱，蘇聯也元氣大傷，這樣慘重的傷亡下雖然蘇聯取得最後的勝利但是也使得沒有餘力再發動新的攻勢，使得雙方的戰線出現了僵持。
不過就在雙方都在計劃發起一場是在改變現狀的攻勢時，東方卻發生了一件讓雙方都震驚不已的事情，表現不同的是，德軍是驚喜，蘇聯則是驚恐，因爲在這場戰役剛剛結束的時候，中國在臺灣戰役結束後在遠東發動了進攻，