德軍轉入守勢也是蘇軍攻勢的開始。在最高統帥部代表朱可夫和華西列夫斯基的主持下，蘇軍製定了反攻計劃，並為反攻的到來作了大量準備工作。此時的德軍“B”集團軍群雖經幾次增援，已處劣勢，更重要的是，蘇軍士氣高漲，對勝利充滿信心；而德軍士氣低落，為紅軍的英勇精神所震懾。
1942年11月19日清晨，蘇軍西南方麵軍首先在斯大林格勒西北麵發起攻擊，2000門大炮同時轟響，到天黑時，蘇軍已向縱深推進25—30公裏。11月20日，蘇軍又在南麵發起進攻。11月23日，從西北和南麵發起攻擊的兩支蘇軍在卡拉奇、蘇維埃茨基、馬裏諾夫卡地域會師，完成了對德軍鮑留斯軍團33萬人的合圍，然後逐漸壓縮合圍圈。此時，蘇軍已掌握了製空權，德軍無法從空中運輸糧食、彈藥和援軍。包圍圈內僅有的德軍空軍基地皮特姆尼克機場也被蘇軍占領。蘇軍利用機場的照明和無線電導航設備，巧妙地欺騙德軍飛行員。當時，他們還不知機場已為蘇軍所占，幾十架降落下來的德國飛機旋即成為蘇軍的“籠中之鳥”。
被圍困的德軍由於饑餓，不得不把騎兵的馬匹宰殺吃光；每個士兵每天隻能領到100克麵包和30克油脂；坦克也因缺少燃料而成了一堆廢鐵。德軍已陷入了絕境，成了甕中之鱉。1943年1月8日，蘇軍發出最後通牒，鮑留斯請示希特勒後拒絕投降。包圍圈越來越小。1月24日，鮑留斯投降，鮑留斯再次請示希特勒，希特勒仍下令死守陣地。26日晚，德軍被分割為南北兩個部分：南集群軍由鮑留斯指揮，北集群軍由史特勒克爾指揮。1月30日，鮑留斯電告希特勒：“部隊將於24小時內最後崩潰。”希特勒趕忙發電，給那些絕望掙紮的法西斯軍官晉爵，授予鮑留斯以“元帥”軍銜，其他117名軍官也晉升一級。這不過是臨死前的回光返照罷了。第二天，鮑留斯及其司令部全體官兵，在中心百貨商店的地下室被俘；2月2日，北集群軍也投降了。與此同時，在斯大林格勒附近的德軍第六集團軍和坦克第四集團軍，羅馬尼亞第三、四集團軍，意大利第八集團軍皆被蘇軍擊潰，灰溜溜地撤離伏爾加河，向西潰退。
斯大林格勒大會戰從1942年7月17日開始到1943年2月2日結束，曆時六個半月。德軍被打死、打傷、被俘和失蹤的官兵總數約達150萬人，占當時蘇、德戰場上德軍總兵力的四分之一。
▓評說▓
斯大林格勒之戰，美英報紙比之為凡爾登戰役。然而它的意義是遠非當年凡爾登戰役所能比擬的。它不但是蘇聯衛國戰爭的轉折點，也是第二次世界大戰的轉折點。蘇軍從此奪得了戰略主動權，開始由戰略防禦轉入戰略進攻。而法西斯集團開始分崩離析，德軍開始由戰略進攻轉入全麵防禦，以至節節敗退。斯大林格勒之戰，確實成了希特勒滅亡的決定點。
斯大林格勒的勝利，大大提高了蘇聯的國際威望和國際地位，鼓舞了全世界人民的反法西斯鬥爭，它使得同盟國與軸心國的力量對比發生了重大變化，對世界各戰場徹底戰勝德、意、日法西斯，具有重大意義。