据统计，从1942年7月到1942年11月的战斗中，德军在顿河、伏尔加河和斯大林格勒的战斗中损失约70万人，1000余辆坦克。2000多门火炮，1400余架飞机。
冬季来临了，德军装甲部队遇到了可怕的冬季寒潮，许多坦克都发动不了，被迫停在原地。
1942年11月20日，叶廖缅科的斯大林格勒方面军第51、57、64集团军也在南部转入反攻，突破了防卫该地区的罗马利亚第4集团军的防线，主要由骑兵组成的罗马尼亚人迅速被歼灭。此后苏联红军迅速向北直趋卡拉奇。22日，西南方面军开始分批渡过顿河。1942年11月23日，西南方面军和斯大林格勒方面军在卡拉奇会师。从而完成了对斯大林格勒的包围。至1942年11月30日，苏联红军3个方面军将德第6集团军的5个军22个师，罗马尼亚和意大利部队以及部分克罗地亚军队共约27万人合围在斯大林格勒1500平方公里的地域内，第6集团军只有约5万人的部队被分割在包围圈之外。
形势对于德军来说直转急下，此时斯大林格勒的德军几乎成了瓮中之鳖，当德军最高统帅部接到苏联红军发起反攻的消息后，陆军总参谋长蔡茨勒将军力劝希特勒下令保卢斯撤出斯大林格勒。然而，空军司令戈林元帅却向希特勒保证说，他可以保证空军有能力通过“空中桥梁”为第6集团军的空中补给。事实证明德国空军根本没有提供如此大规模部队的供给的运输能力。其每天300吨的运输上限也无法满足每天700吨的需求。
据统计。德军只得到10左右的所需物资，第6集团军渐渐感受到饥饿的威胁。另一面。苏联红军在不断加强对斯大林格勒的包围圈，并开始缩小包围圈的行动。
1942年11月21日，希特勒下令将曼施泰因元帅的第11集团军扩建为顿河集团军群。由曼施坦因元帅任司令，并把保卢斯第6集团军、霍特第4装甲集团军和罗马利亚第3、第4集团军交与他指挥。
1942年11月30日，希特勒在一次公开演说中表示决不会从斯大林格勒撤退，并且再次强调被围困的部队决不能投降，而曼施坦因必须杀开一条血路，打到斯大林格勒。
1942年12月12日，曼施泰因元帅怀着沉重的心情，发起了代号为“冬季风暴”的反攻。德军以霍特第4装甲集团军为先导，于1942年12月16日突破了苏联红军第51集团军在阿克赛河上的防线。
此时，曼施坦因发现自己也有被数倍于己的苏联红军包围的危险。于是，他决定不顾希特勒的将令，下令保卢斯立即向南突围与第4装甲集团军会合。然而保卢斯在没有接到希特勒的直接命令之前，没有突围的意图，他以燃料不足为由拒绝了曼施坦因的命令，放弃了这最后一次机会。
1942年12月27日，苏联红军发动强大反击将霍特第4装甲集团军击退150～200公里，终于使其退回了原来的阵地，迫使德军统帅部最后放弃解救被围集团的企图。曼施泰因的“冬季风暴”宣告失败。
当时温度已降到零下45摄氏度。伏尔加河面的冰层逐渐变厚，因此苏联红军可以更加便利地补给己方部队。而包围圈中的德第6集团军的空运补给越来越少，平均每天不到100吨。德第6集团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；炮兵的弹药开始感到缺乏；医药品和燃料都已经用尽；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。一些军官试图说服保卢斯不顾希特勒的命令而迅速突围。但是保卢斯害怕背上违抗军令的罪名，因此坚持按兵不动。
1943年1月，苏联红军发起了又一lún_gōng势，代号为“木星行动”，试图突破顿河地区的意大利军防线，并攻取罗斯托夫。
这次行动迫使德军与斯大林格勒包围圈内的德军相隔250公里以上的距离。事实上，第6集团军已经完全失去了增援。
1943年1月8日，苏顿河方面军司令员罗科索夫斯基中将向德第6集团军司令保卢斯上将发出最后通牒，敦促其投降。保卢斯电告希特勒，要求准予他相机行事，但被驳回。
1943年1月31日，保卢斯向总部发出最后一份电报：“第6集团军忠于自己的誓言并认识到自己所负的极为重大的使命，为了元首和祖国，已坚守自己的岗位，打到最后一兵一卒，一枪一弹。”
但是，当苏联红军攻入德军设在百货商场内的司令部时，保卢斯选择了投降。同日，苏联红军第64集团军的第38摩步旅打到了保卢斯的司令部。
1943年2月2日，被围困在斯大林格勒城北的第11军残部也宣布投降。至此，斯大林格勒会战结束。德第6集团军司令保卢斯元帅，步兵第4军军长普费费尔中将、第51军军长库尔茨巴赫中将、第295师师长科尔费斯少将等23位将官，2000名校级以下军官和91000名极度饥饿劳累的德军士兵被俘，约14万人死亡，只有3万余