1月17日，德军在包围圈内最重要的机场皮托姆尼克失守，这几乎是德军伤员撤离的最后希望。
1月23日，最后一个简易机场古姆拉克也被苏军占领。德军与外界的空中联系被彻底切断，医疗物资和弹药彻底耗尽。
到1月26日，苏军成功地将包围圈内的德军，分割成了南北两个孤立的部分。
在发动总攻之前，苏军展开了强大的心理攻势。1月7日，罗科索夫斯基正式向保卢斯发出了第一份劝降书。
苏军承诺，所有投降的德军官兵，都将保留他们的军衔、佩剑和勋章；战后将被遣返回德国；并且将立刻获得食物与医疗救护。
有时心理战比传统战在有些时候更管用，苏军动用了广播、飞机投撒的传单、以及部署在前沿阵地的大喇叭，日夜不停地向德军阵地进行劝降。广播里，播放着忧伤的德国歌曲和从德军战俘身上找到的家信朗读，瓦解着德军士兵的抵抗意志。传单上写着：“德国士兵们，你们正在为希特勒的疯狂而无谓牺牲。斯大林元帅保证，投降的士兵将不会受到报复。”
这些宣传，极大地动摇了德军的军心，俨然一副二战版本的“四面楚歌”。许多饥寒交迫的士兵，都渴望投降，但却被他们的军官和督战队用枪逼着继续战斗。多起“私自投降”的事件，被当场枪决，但这反而加剧了士气的进一步崩塌。保卢斯，依然没有下达集体投降的命令，这使得成千上万的士兵，最终不是死于苏军的炮火，而是死于饥饿、严寒和绝望。
百货大楼的元帅——最终投降
1943年1月31日清晨，斯大林格勒市中心，大雪纷飞。苏军第64集团军的士兵，冲进了南部包围圈的德军指挥部所在地——“红场百货大楼”。
在阴暗、潮湿的地下室里，他们见到了这位刚刚晋升不到24小时的德国陆军元帅。弗里德里希·保卢斯，面容憔悴，神情麻木，他没有做任何抵抗，与他的参谋部人员一起，向苏军代表正式投降，交出了自己的佩枪。一同投降的，还有他麾下这片区域的一万余名官兵。
被分割在北部的德军残余部队，在第11军军长卡尔·施特雷克将军的指挥下，仍然在绝望中苦苦支撑了两天。2月2日，