在苏军击退曼施坦因的“冬季行动”之后，被围困在斯大林格勒的保卢斯第六集团军覆灭的命运已经不可避免，在确信德军再无力量解围之后。苏军开始组织攻势，吃掉包围圈里的轴心国部队，苏军的行动代号为“指环”。
此时被包围在斯大林格勒的轴心国部队已经极度虚弱，被压缩在一块一块长六十公里，宽四十公里的区域内。德国空军每天空投的物资不到100吨，而且德军控制下的机场越来越少，根本无法维持被围部队的最基本生活需要。到1943年1月，严寒中的德军濒于弹尽粮绝的境地。口粮的分配已减到了能够维持生活的标准之下；每人每天只能分配到一片面包，15个人分食1公斤土豆，每人每天只能领取30发子弹。为了食物，德军把包括罗马尼亚骑兵部队在内所有的马匹都杀掉了吃了。炮兵的弹药已经告罄；医药品和燃料都已经用尽；连生火取暖都有困难。数千人患上伤寒和痢疾，而冻伤的人就更多，每天都有数千名士兵死于饥饿、严寒和营养失调。
但是即便如此，德军仍然没有溃败，他们知道自己已经突围无望，但是依旧坚守阵地。一方面是德军确实是一支纪律严明训练有素的军队，另一方面是他们害怕因为自己的所作所为遭到苏联军队的报复，还不如拼死一战。1943年1月8日，苏军向德军派出特使，要求德军投降，苏军保证给予德军应得的待遇。同时苏军也通过扩音器和飞机抛洒传单等方式对德军基层部队进行劝降，但是不管是德军高层还是基层全都不为所动，保卢斯拒绝了苏军特使的提议。而基层官兵则用枪炮回应苏军的劝降。
1943年1月10日，苏军“指环”行动开始，苏军开始从多个方向向德国第六集团将发起进攻。似乎双方角色发生了对调，苏军成了攻城的一方，而德军却成了守城者。但是战斗一样的惨烈，虽然德军饱受饥饿和严寒的折磨，但是依旧顽强抵抗。苏军也没想到包围圈里有这么多德军部队，但是苏军仍然一步步的压缩着德军的活动空间，德军开始从斯大林格勒郊区向城区收缩防守，苏军进而夺取了德军为数不多的机场。到1943年1月21日，苏军夺取了德军最后一座机场古门拉克机场，被围德军的空中补给彻底断绝。同时德国空军空运了最后一批食物和弹药补给，之后包围圈里的德军就再也没有得到过任何补给。德军因冻饿而死的人员数量甚至高于与苏军交战战死的人数。
1月24日，保卢斯电报希特勒请求投降，被希特勒一口回绝。希特勒要求第六集团军必须战至一兵一卒。几乎同时，苏军成功把德军逼到顿河沿岸，并把德军分割成两部分，南部是城市核心区，北部是工业区。不知道德军是否记得，就在几个月前的1942年10月，德军以几乎同样的方式把死守斯大林格勒的苏军第62集团军分割成两部分，那是德军最接近完全占领斯大林格勒的时候，现在，双方角色互换。1943年1月30日，希特勒晋升卢斯为德国陆军元帅，并给他空投了元帅节杖，意在希望保卢斯能够战斗到底或自杀殉国。因为在德国历史上，还从来没有元帅被生俘的。但是保卢斯在1月31日率领部下向苏军投降，气的希特勒暴跳如雷。
保卢斯投降之后，北部包围圈里的德军还在负隅顽抗，苏军调来重型火炮对包围圈进行轰击，包围圈里的德军坚持到了2月2日宣布投降。在“指环”行动中，苏军共俘获士兵九万一千人，23位将官，2000名校级以下军官。另有14万德军官兵死亡，3万余伤患者事先陆续空运撤出。这些被俘的人有不少再也没有能回到德国。整个斯大林格勒战役到此才算真正结束，整个战役中，轴心国部队伤亡150万人，苏联军队伤亡200万人，虽然苏联方面伤亡更大一些，但是彻底消灭掉了一个德国集团军，在德军战现上打出了一个巨大的缺口。斯大林格勒战役也被认为是苏德战争乃至整个二战的转折点。
不过德军并未完全失去战略进攻能力，后续还能打出第三次哈尔科夫战役这样漂亮的反击战，德军真正失去战略进攻能力要到库尔斯克战役之后了。
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