Hoewel het 6. Armee veel te weinig voorraden kreeg, bleven de soldaten hopen op een wonder en bonden zij nog steeds zeven Sovjetlegers, welke beter elders konden worden ingezet. Kolonel-generaal Rokossovski, de opperbevelhebber van het Donfront, besloot een nieuw, groot offensief te openen om de astroepen in de Kessel voor eens en voor altijd te vernietigen. Nadat de Duitsers een capitulatie-aanbod hadden afgeslagen, startten de Sovjets op 10 januari operatie Koltso (Ring). Na een 55 minuten durend bombardement vielen om 9:00 uur de grondtroepen aan uit alle richtingen. Wat Paulus in weken tijd had veroverd, veroverden de Sovjets in dagen. Op 26 januari maakten de Sovjets contact met het 62e Leger. De Duitse troepen waren in tweeën gedeeld, en drie dagen later in drieën.
Paulus had eind januari zijn hoofdkwartier in het warenhuis 'Univermag' in het centrum van Stalingrad gevestigd. De Sovjets waren hier achter gekomen en op 31 januari werden Paulus en zijn staf gevangen genomen. Diezelfde dag gaven de zuidelijke en middelste Kessels zich over. De noordelijke Kessel vocht echter nog door, tot ook deze op 2 februari capituleerde.
Tijdens de slag om Stalingrad waren ongeveer 700.000 Sovjetsoldaten, ongeveer 100.000 Sovjetburgers en ongeveer 470.000 astroepen omgekomen. 130.000 astroepen werden gevangen genomen, waaronder 32 generaals. Bijna vier aslegers en een luchtvloot waren vernietigd. Zo'n 6.000 Duitse krijgsgevangenen zagen Duitsland nog terug, waarvan de laatsten pas in 1956 terugkeerden