11月19日，“天王星行动”开始。苏军迅速击溃了当面的罗马尼亚军队和部分德军。23日，南北两支苏军进攻部队在卡拉奇会合，完成了对德国第6集团军的合围。保卢斯要求自由行动，也就是突围，但是希特勒拒绝放弃斯大林格勒，他命令第6集团军原地死守。空军元帅戈林向元首保证通过空运给第6集团军以足够的给养，事后证明这完全是不切实际的大话。
为解救第6集团军，希特勒新成立了顿河集团军群，任命第三帝国最能干的将领——曼施坦因元帅为司令。曼施坦因派霍特第4装甲集团军的坦克部队去援救保卢斯，想要打开一条通道，但是遭到苏军的顽强抵抗。而北线的意大利军队又被苏军击溃，使霍特的左翼也暴露了。为了避免自己也被包围，霍特被迫后退。
苏军的反击
这样，包围圈内的第6集团军25万人的命运就决定了。在俄罗斯的冰雪天地中，他们缺衣少食，冻伤、斑疹、伤寒、痢疾造成大量的死亡。由于保卢斯拒绝了苏军的劝降，1943年1月10日，苏军开始总攻。
2月2日，包围圈内最后一支德军部队也投降了。在最后关头，希特勒授予了保卢斯元帅节杖，意思是要他杀身殉国，因为德国历史上还没有一个元帅被俘虏过。但是保卢斯并没有自杀，他成为了苏军的俘虏。第6集团军全军覆没，91000人被俘。
斯大林格勒战役以苏军的胜利告终，这是东线乃至整个第二次世界大战的转折点。这个战役也标志着苏军战略战术上的巨大进步。经历了战争初期的多次大败之后，布琼尼、伏罗希洛夫、铁木辛哥等过时的将领被淘汰，苏军年轻的新一代指挥员成长起来，在交了昂贵的学费之后，他们慢慢从敌人那里学会了闪击战的战术，并以其人之道还治其人之身。
