Генерал-полковник Паулюс через посылаемых им офицеров связи неоднократно указывал на отчаянное положение 6-й армии, но теперь, несмотря на все старания, ни Главное командование Сухопутных сил, ни командование Военно-воздушных сил не были в состоянии помочь окруженным войскам. Вместе с тем затяжная борьба под Сталинградом сковывала крупные русские силы, и это серьезно помогло немцам при восстановлении разорванного на куски Южного фронта. На внутреннем фронте окружения русские поначалу ограничивались только тем, что прочно удерживали оборону. Но, несмотря на наступившее здесь относительное затишье, положение немецких войск было тяжелым. Оказание помощи раненым наталкивалось на все возраставшие трудности. Воздушного транспорта явно не хватало на то, чтобы успевать эвакуировать раненых и больных. К тому же увеличивалось и число обмороженных, так как войска не имели теплого зимнего обмундирования. Отсутствовали помещения, пригодные для госпиталей. Морозы и недостаточное питание вызывали большое количество дополнительных жертв. Вследствие плохого питания и трудных условий физическое состояние даже здоровых солдат и офицеров быстро ухудшалось, а воля их к сопротивлению постепенно слабела.
8 января командующий одним из русских фронтов генерал Рокоссовский направил Паулюсу первое предложение о капитуляции. Оно было отклонено, и тогда русские снова перешли в наступление. При мощной поддержке артиллерии, напоминавшей «сражения техники» периода Первой мировой войны, введя в бой большое количество танков, русские концентрическими ударами с севера, запада и юга начали сжимать кольцо окружения. Они захватывали один аэродром за другим, вследствие чего снабжение войск еще больше сократилось. Норма хлеба была понижена до 200 г в день. Немцы могли бороться еще несколько дней до того момента, пока у них совершенно не иссякнут продовольствие и боеприпасы. В эти последние дни гигантской битвы, перед лицом неминуемой гибели, немецкие войска проявили исключительную верность долгу, высокое чувство товарищества и присущую им дисциплинированность.
Само собой разумеется, что там, где бывает много блеска, нельзя обойтись и без теней. Но многочисленные примеры истинного героизма заглушают отдельные проявления человеческой слабости и доблести. До самого последнего момента голодным, изможденным, разочарованным и ожесточенным войскам удалось сохранить воинскую дисциплину. Те немногие подразделения, которые еще оставались боеспособными, сохраняли свой высокий боевой дух до самой последней минуты. Сжатые на небольшом пространстве, раздробленные на отдельные разрозненные группы остатки 6-й армии закончили свое существование в последних числах января. 30 января фельдмаршал Паулюс подписал акт о капитуляции. Капитулировали остатки 44-й австрийской, 71-й, 76-й, 79-й и 94-й немецких пехотных дивизий, 100-й горно-егерской дивизии, 3-й, 29-й и 60-й моторизованных дивизий, 14-й, 16-й и 24-й танковых дивизий, 9-й зенитно-артиллерийской дивизии, 1-й румынской кавалерийской дивизии, 20-й румынской пехотной дивизии, 100-го хорватского пехотного полка, а также остатки многочисленных армейских частей и частей резерва Главного командования общей численностью около 90 тыс. человек (около 34 тыс. раненых были эвакуированы из окружения на самолетах, свыше 100 тыс. погибли в бою либо умерли от болезней, многие покончили жизнь самоубийством, чтобы избежать плена). Германия не просто проиграла битву и потеряла испытанную в боях армию, она потеряла ту славу, которую она приобрела в начале войны и которая уже начала меркнуть в боях под Москвой зимой 1941 года. Это была потеря, которая в самом скором времени должна была исключительно отрицательно повлиять на весь ход войны и в первую очередь поколебать внешнеполитические позиции Германии.
Наступление русских на юге
В то время как борьба под Сталинградом вступила в свою последнюю стадию, а созданный немцами с большим трудом новый фронт, протянувшийся от слияния Северского Донца с Доном до Воронежа, едва сдерживал мощные удары противника, войска группы армий «А» фельдмаршала фон Клейста все еще стояли под Новороссийском, у Майкопа и в районе Моздока. Гитлер все еще не мог собраться с духом и, исходя из обстановки, сложившейся в большой излучине Дона, принять решение на отвод с Кавказа 1-й танковой армии и 17-й полевой армии группы армий «А». Ослабленная передачей части своих сил на другие фронты, эта группа армий попала в такое положение, при котором она легко могла оказаться в окружении. Так бы оно и было, если бы войскам 4-й танковой армии, действовавшим на правом фланге группы армий «Дон», не удалось удержать в своих руках район восточнее Ростова-на-Дону, через который только и можно было вывести соединения группы армий «А». В самую последнюю минуту, когда угроза окружения стала уже совсем реальной, Гитлер решился наконец отдать приказ на отход. Благодаря умелым действиям командиров частей и соединений, а также выносливости и дисциплинированности войск немцам удалось осуществить связанный с этим приказом трудный маневр. Он заключался в том, что 1-я танковая армия выбросила вперед часть сил и ими укрепила фронт 4-й танковой армии южнее Дона. Под таким прикрытием она вывела свои войска и направила их на север, вовремя подоспев на помощь группе армий «Дон», которая в это время отражала мощное наступление русских войск между Северским Донцом и Миусом. После отвода войск 1-й танковой армии с Кавказа 4-я танковая армия также отошла за Дон.