早在第二次世界大战开始之前，德国和苏联关系十分紧张，并已经签订过两份所谓的“友好条约”，但这两份条约不过是希特勒为了避免让自己在战争初期陷入两线作战的困境，欧洲大陆上闪电战的成功加速了希特勒野心的膨胀，他终于按捺不住，一把掀掉了羊皮，想对苏联也来个故伎重施。

在包围圈中的德军从斯大林格勒的郊外住宅区撤入市内。于1月16日在皮托尼克及1月25日或1月21日晚至1月22日在古姆拉克两个飞机场的失陷，导致德空运补给及撤出伤兵的行动终结。第3个也是最后1个可使用的跑道是在斯大林格勒飞行学校，在这里最后1次降落及失陷是在1月22日晚上至1月23日，在1月23日拂晓后，除空投弹药和食物外再没有更多关于起降的报道直到战役结束。

德军现在不但陷于饥饿中，而且缺乏弹药。但是他们继续顽抗，部分原因是因为他们认为苏军将处死任何投降的人，特别是所谓的 HiWis 的志愿人员，他们是协助德军作战的苏联公民，他们在被俘时对已经自己的命运不抱任何幻想。苏军最初对被围的德军人数感到意外，因此对包围部队实施增援。血腥的城市战在斯大林格勒再次展开，但这一次是德军被迫向伏尔加河岸边，他们在工厂区建立防御工事及苏军几乎遇到他们在1个多月自己做出，同样咬牙切指般凶猛的抵抗，德军在窗口上使用一项简单的固定导线网保护自己免受手榴弹攻击，苏军的回应是将手榴弹固定在鱼勾上使手榴弹被抛出时勾在导线网上。德军现在于城内没有可使用的坦克，这些坦克现在被当作固定大炮使用以发挥最大效用，苏军没有在这些地区使用坦克，因为废墟般的市区影响隃它们的机动性。1名苏军特使在1月24日向保卢斯提出优厚的投降条款：如果他在24小时内投降，他将得到苏军提出保障所有战俘的安全、对所有伤病员作出医治、所有战俘均可保留个人物品、提供正常的口粮及在战争结束后遣返他们希望到达任何国家的保证——但是保卢斯，因希特勒“不得投降”的命令，而没有回应，直接导致第6集团军的毁灭。1943年1月30日，是希特勒获得权力10周年纪念，他晋升保卢斯为德国陆军元帅，由于从来没有任何德国元帅成为战俘，希特勒因而假设保卢斯会战斗到底或自杀。但是当苏军于翌日接近他设在已成废墟的百货商场内的司令部时，保卢斯投降，在斯大林格勒北部剩余的轴心国军于1943年2月2日投降;91,000名劳累、染病及饑饿的士兵被俘虏，包括3,000名罗马尼亚士兵，他们来自罗马尼亚第20步兵师、第1骑兵师及沃伊上校支队。[44]令苏军惊喜及纳粹德国失望的是，俘虏中包括22名将军，希特勒对他的将军们极为愤怒地说道：“保卢斯本来可以摆脱所有的痛苦并保有不朽的荣誉，但他宁愿到莫斯科去!”

德国传媒没有公布灾难的任何消息直至1943年1月底，虽然正面的媒体报道已经在数星期前终止。斯大林格勒标志着纳粹德国政府首次承认其武装力量在战争中失败;这不是德国军事第一次遭到重大挫折，但在斯大林格勒的惨败在规模上以至是战略意义上均是德国历史上从未有过和无与伦比的。1月31日，德国国家电台正常的广播节目被以播放由安东·布鲁克纳所作忧郁慢版的第7交响曲代替，之后再宣布在斯大林格勒战败的消息。

1943年2月18日，纳粹德国宣传部长约瑟夫·戈培尔在柏林发表其著名的体育宫讲话，鼓励德国人接受总体战的理念，动员全国人口的所有资源及力量战斗到底。

根据德国纪录片“斯大林格勒”指出，超过11,064名士兵在1943年1月31日正式投降时拒绝放下武器投降，大概他们认为因战斗而阵亡是优于在苏军集中营缓慢地死去。他们躲藏在地下室和下水道继续抵制，但在1943年3月初，剩余的小型部队和孤立的包围圈内的部队亦投降。根据前苏联的情报文件中显示，在这时期共有2,418人被打死及8,646人被俘。