与此同时，苏军在顿河上游发动了一次新的大反攻，其威胁之大是前所未有的。1月13日，戈利科夫指挥的沃罗涅日方面军向位于意大利第8集团军北部的匈牙利第2集团军发动进攻，并迅速肃清倒霉的B集团军群所辖的残存兵力。新年以后，德国公众才充分了解到局势的严重程度。对解救守军抱很大希望的人寥寥无几。到1月中旬，对希特勒来讲，局势已无可挽回是再明白不过的了，他不能再装模作样，似乎他还有什么应急妙计。况且，苏军最近向匈牙利人发动的攻势，已使顿河集团军群与A集团军群甚至处于更加危险的境地。曼施泰因赞成第6集团军投降，他与元首在电话中进行了长时间的争吵，极力主张投降。但是，希特勒却坚持，包围圈中的战斗还能进行一些时日，并且坚持说，俄国人向来不守信用，所以投降不会有什么好结果。这一说法并非没有道理。
在斯大林格勒城内，崔可夫的第62集团军的西半部仍被德军第6集团军包围着，被切成两半，但它牵制了大量的德国师。扎多夫的第66集团军与舒米洛夫的第64集团军从包围圈南北两侧对德军形成夹攻之势。同时，另外四个苏军集团军从西部发起进攻。1月26日，奇斯佳科夫的第21集团军与第62集团军会师，从而德军第6集团军陷入南北两个包围圈中。1月31日，战斗己近尾声，口粮已不再发给德军伤员。此时此刻，希特勒将保卢斯由上将提升为陆军元帅，显然还希望保卢斯会继续抵抗，必要时以自杀去对付要俘虏他的人，因为自1871年建立大德意志以来，从未有一个陆军元帅当过俘虏。同日，苏军第38摩托化步兵旅的一支先遣队攻入红场附近的一座大商店，第6集团军司令部就设置在这个地下室里。保卢斯及其参谋人员被俘。南部包围困内的战斗就此结束。北部包围圈内的德军在第11军军长施特雷克尔的指挥下，一直抵抗到2月2日。
苏军最高统帅部宣布俘获德军九万一千人，有二十四名将军，二千五百名军官，其中许多人是伤病员。据说，被苏军掩埋的德军死亡人员达十四万七千人，后来，曼施泰因与保卢斯坚持说，在斯大林格勒的德军不超过二十二万人。德军最高统帅部当时收到有关德军的伤亡数字是：死亡人员与被俘人员共二十万人。另外，苏联人是否对他们的战利品大批的德国战俘进行过查对都很难说，更谈不上清点战场上死亡的德国人了。就连苏联人本身对德国战俘人数的估价都十分矛盾。例如，日林在1956年撰写的文章中声称，苏军歼灭了二十个德国师与两个罗马尼亚师，这是正确的，但却说俘获战俘十三万人。且不论哪种说法正确，有一点则是确凿无疑的，那就是约有二十万德军部队在斯大林格勒丧生。被说成是战俘的九万一千人中，真正返回德国的只有几千人。
莫斯科于2月1日清晨宣告：斯大林格勒德军已投降。但是，柏林并未向德国人民广播这条消息。两天后，才广播了一份公报。公报中详细叙述了第6集团军的覆没，宣称在保卢斯元帅的模范领导下的第6集团军由于寡不敌众，才被苏军战胜。并宣布悼念这一损失，规定国丧日二天。可是私下里，希特勒的感情却截然相反，他狠毒地咒骂保卢斯与同他一起被俘的将军们，发誓战后要将他们送交军事法庭。他说，保卢斯将是晋升为陆军元帅的最后一个德国军官。这么多的人都死了而保卢斯却活着，希特勒是不会饶恕的。元首本人似乎根本不承认他本人应对这场灾难负什么责任，而只是一味地指责他的将军及其盟国。
斯大林格勒包围圈内德军的处境是十分凄惨的。皮托姆尼克机场失守后，主要弹药库与补给品堆积所均被苏军占领。惊恐的情绪开始在守军中蔓延开来。德军士兵径自离开阵地，艰难地朝东向斯大林格勒走去。开始是一小队人，后来汇成一条川流不息的人流。尽管许多人已经负伤或严重冻伤，但是他们还是被军官赶拢，逐回射击掩体。伞降补给品与空投补给品散落得到处皆是。凡是落在目标上的物品，德军士兵们便甘冒处死的风险把它们抢夺一空。1月末，第24装甲师司令部退至拖拉机厂，与第389步兵师的部分部队以及施特雷克尔指挥的第11军司令部会合。2月2日凌晨时分，那里前沿上的部队未接到命令便开始投降。到九时，俄国人把这些俘虏驱集在一起。他们允许师长冯·伦斯基向他的士兵作最后一次训话。演讲结束后，除负责监视的苏军外，所有在场的人都为德国欢呼三声。然后，由一位不知名姓的苏联将军对俘虏讲话。他赞扬了他们的勇气，许诺要给他们良好的待遇、可口的食物和保留所有私人财产的权利，还说，战后将把他们迅速地遣送回国。
随后，他们开始了饥饿的长途行军。这支队伍的私人物品一次又一次地遭到劫掠。行动的有时是苏军士兵，但更多的则是苏联老百姓。只有少量的人员押解俘虏。成群结队的武装匪徒在这支俘虏队伍的左右待机而动，那些因病、因累而掉队的俘虏，无不落入他们手中，从此再也见不到踪影。最后，这支队伍被装上火车，经由萨拉托夫、奥伦堡、思格斯、塔什干运往阿富汗以北。每站都从载运牲口的车皮上卸下死人。在乘坐火车的人中，只有百分之五十的人抵达目的地。
苏军的反攻与第6集团军的覆没，是德军从未遭受过的最大失败，对德国的盟国是当头一棒，未交战国也很注意。苏军的史料把斯大林格勒会战描绘成整个第二次世界大战的转折点。据此推理，似乎这次胜利成了希特勒德国最后覆灭的重要原因。这当然是不能成立的。不错，第6集团军的覆没使德军失去了二十个师、二十多万人。另外，实际上，苏军在包围圈之外还消灭了六个德国师，伤亡总数也许又增加十万人。这是个极大的损失。但是，与苏联在1941年的损失相比是微不足道的。因此，这种损失不能决定一个国家的命运。两个罗马尼亚集团军、一个意大利集团军与一个匈牙利集团军已先后溃败。而且从此一撅不振。但德国的未来并非几个弱小的盟军所能决定的。当然，斯大林格勒的胜利标志着东线战争的转折是事实，因为随之即肃清了高加索与伏尔加河下游的敌人，并开始迫使敌人向德意志帝国撤退。但是，从战争具有世界规模的角度来看，斯大林格勒会战只是通往战胜希特勒之路的一个里程碑而已，恰如在此以前的英国之战、希腊的抵抗、南斯拉夫的斗争、莫斯科城下大会战、美国参战和阿拉曼之战一样。这是一场大会战，也是一次大胜利，其规模与战果是阿拉曼之战所不能比拟的。但是，它与阿拉曼之战一样，决非德国在第二次世界大战中战败的原因。准确地说，那是同盟国在人力物力资源上远远超过轴心国的结果。到1942年，天平的一端已将负担过重的德国轻轻挑起，这一点在此后德国所遭到的一连串失败之中都得到了反映。斯大林格勒是这些失败中的第一个，三个月后，又遭到第二个失败：5月，第二支轴心围军队在突尼斯被歼灭，共二十五万人，其中德国人占十万，还只是被俘的。自此失败一个个地接踵而至。
“乌拉纽斯”攻势与“土星”攻势这两项战略计划，都是由最高一级组织具体制订与实施的。它们首次显示出了苏军最高统帅部与较高级司令部对大规模快速运动的坦克与摩托化部队实施指挥与控制的能力。但是，较低级的野战指挥官训导部队的能力与战术指挥能力依旧很差。师团长尤其如此。空军与坦克部队的训练与德国人相比低劣得多。无疑，苏军正在学习。但是，斯大林格勒之战的真正胜利者，却是方面军司令员、整个最高统帅机构、斯大林、国防委员会和大本营的将军们。
据苏联方面公布，苏军为包围斯大林格勒而实施的“乌拉纽斯”攻势，所投入的兵力为一百万人。但是，应把苏联的这个数字看作订了一定的折扣，因为有一种倾向，为了证实苏联的胜利并非由于人数众多，而是共产主义制度的优越，往往夸大德军的兵力，缩小苏军的兵力。同时还有一种相反的倾向，为了贬低美国的兵力与生产数字，又往往夸大苏联的兵力与生产数字。尽管苏联出版物中引用的资料都说会战之前，在苏军的三个方面军中，适于作战的全部坦克仅九百辆（并描写该数字占苏军在苏德战场所有坦克的百分之六十）。但是，用于斯大林格勒作战的坦克部队的全建制坦克数字近一千八百辆。1942年苏联生产各种类型坦克的总产量为二万四千七百辆，因此要么是把实有数字低报成九百辆；要么是夸大了坦克的产量。据说，三个方面军的火炮为一万三千五百门，但是按炮兵编制数计算大约有九千门。其余大量的是团营属火炮、迫击炮与反坦克炮。因此，不能从苏联的数字中得到任何正确的结论。
德军战败的原因很多。元首在战略上胃口过大，基础不牢：本身缺乏资源，又固执地低估敌方的兵力与潜力。他在伏尔加河与高加索两地同时采取行动，而当时可以使用的部队勉强只够打一仗。因此，希特勒便要求罗马尼亚、意大利与匈牙利提供部队，以弥补德军之不足，并把德军的警戒任务委托给盟军，但就在去年他还说他是决不这样做的。虽然他自认为是大战的领袖，但他连运输与补给问题都无法解决，而是把这些问题交给戈培尔处理。结果，德军就象苏德战争开始时一样，仍然没有多少备份的补给品，或根本没有备份的补给品，在一条漫长而靠不住的补给线的尽头过着朝不保夕、提心吊胆的生活。当德军第6集团军于11月23日被孤立时，它实际上已没有物资储备。由于缺乏油料，A集团军群与B集团军群不时地停止前进。元首坚持要攻占斯大林格勒的废墟而不封锁伏尔加其余各地的主张，正�