德军统帅部为了给被围德军解围，建立了“顿河”集团军群。该集团军群司令官原打算在托尔莫辛和科捷利尼科沃建立两个突击集团以解救被围德军。但预感到德军在斯大林格勒附近要灭亡的希特勒，催促司令官不等部队全部集中完毕就发起进攻，于是科捷利尼科沃德军集团沿通往斯大林格勒的铁路于12月12日向苏军发起进攻，但进展缓慢，随后被迫转入防御。24日，苏军对德军科捷利尼科沃集团发起坚决进攻并粉碎了该集团。16日，西南方面军和配属部队发起了进攻，粉碎了顿河中游地域的德军并进到德军托尔莫辛集团的后方。德军统帅部为制止西南方面军的迅猛突破，被迫耗尽了用于进攻斯大林格勒的预备队。这一进攻迫使德军最高统帅部最后放弃了解救被包围于斯大林格勒的德军的企图。
1943年1月初，压缩在包围圈中的德军态势急剧恶化，已经没有任何解决的希望。为了停止流血，苏军最高统帅部命令顿河方面军领导人向德军第六集团军发出最后通牒，要德军根据惯例条件投降，但遭到德军拒绝。10日，顿河方面军开始了旨在分割并各个消灭被围德军的进攻，德军被分割成两部分。31日德军南集群被消灭，以第六集团军司令为首的残部投降。2月2日德军北集群残部投降，斯大林格勒会战结束。苏军消灭了德军在苏德战场总兵力的四分之一约150万人。由德军及仆从军所组成的最大军队集团彻底遭到覆灭。
苏联在斯大林格勒会战取得的胜利具有重大的政治、军事意义。这次胜利，对争得苏联伟大卫国战争乃至整个第二次世界大战的根本转折作出了决定性贡献。斯大林格勒会战的结果，使苏军从德军手中夺取了战略主动权，并一直保持到战争结束，同时它鼓舞了各国人民同法西斯占领者进行更加坚决的斗争。
