Впрочем, в большинстве своем до самого последнего момента голодным, изможденным, разочарованным и ожесточившимся войскам 6-й армии удалось сохранить воинскую дисциплину. Те немногие подразделения, которые еще оставались боеспособными, сохраняли свой высокий боевой дух. Чтобы разрезать оборону немецких войск, Красная армия нанесла удар в глубину кольца. К 16 января советские войска захватили Питомник главный аэродром 6-й армии, другой немецкий аэродром Гумрак пал 23 января. Сжатые на небольшом пространстве, раздробленные на отдельные группы остатки 6-й армии закончили свое существование в последних числах января . 24 января начальник оперативного отдела 6-й армии поелал Ман-штейну донесение, что последний бой будет дан на окраинах города в южной его части 25 января, а Тракторный завод, возможно, продержится дольше. В донесении говорилось о 20 тысячах раненых, лишенных всякой помощи. Советские войска теснили 6-ю армию к железному барьеру 62-й армии Чуйкова, стоявшей в руинах самого города. 23 января советские войска захватили взлетно-посадочную полосу Гумрака, и у немцев оборвался последний контакт с внешним миром. Сражение тянулось еще неделю теперь снова в городе, в разрушенных зданиях, в подземных катакомбах, где шли сентябрьские бои, на «Красном Октябре» и Мамаевом кургане. Паулюс так и не отдал общего приказа по армии о сдаче и 30 января отправился в плен только с личным составом своего штаба. Различные командиры отдельных участков обороны договаривались о сдаче сами. Фактом является то, что командование 6-й армии формально так и не объявило о капитуляции. Ведение переговоров о сдаче фактически было оставлено младшим офицерам вермахта. Даже после того, как Паулюс попал в плен, он отказался подписать или издать приказ, предписывающий солдатам сложить оружие. Советским офицерам он объяснил, что не имеет права издавать такой приказ, поскольку находится на положении военнопленного .
В конечном счете германские части были вынуждены отойти в развалины самого Сталинграда. 26 января остатки 6-й армии были расчленены на две части, затем на три. Они оказались примерно в такой ситуации, в какой была советская 62-я армия незадолго до этого. В окружении оказалось 20 тысяч раненых, которые были обречены В центре Сталинграда бои закончились 31 января. На Тракторном заводе и на заводе «Баррикады» бои продолжались и 1 февраля . 6-я армия, учитывая ее физическое состояние и нехватку техники и боеприпасов, оказала советским войскам удивительно упорное сопротивление. Об этом со всей уверенностью можно судить по количеству потерь в советских войсках за первые три дня наступления. Почти половина советских танков была уничтожена, а потери в личном составе превысили 20 тысяч человек. Наступавшие цепью пехотинцы были прекрасной целью для засевших в окопах немцев, но советское командование это мало заботило. Свой гнев за смерть товарищей советские солдаты и офицеры вымещали на взятых в плен, исхудавших и заеденных вшами немцах. Некоторых убивали на месте, другие погибали по пути в лагерь .
Альберт Ситон писал о марше в плен оставшихся в живых солдат 6-й армии: «Время от времени на колонны военнопленных совершались набеги с целью приобретения их личных вещей. Иногда этим занимались бойцы Красной армии, но чаще мирные жители. Колонны военнопленных сопровождались лишь небольшим числом охранников, но многие из пленных, которые
падали от усталости или болезни, попадали в руки вооруженных банд мародеров, состоявших из гражданских лиц Последние неотступно следовали за хвостом колонны. Отставших военнопленных больше уже никто никогда не видед. В конце концов, пленных грузили в поезда и отправляли через Саратов, Оренбург и Энгельс в направлении Ташкента и северного Афганистана. На каждой остановке из товарных вагонов выгружали мертвых, до места добралась половина» . Хотя официальная советская политика декларировала гуманное отношение к военнопленным, но на практике случались ужасные вещи. Один из самых страшных случаев произошел в районе Сталинграда в феврале 1943 г., когда советские солдаты уничтожили в Красноармейском и Гришино 600 немецких и румынских военнопленных и гражданских лиц. Общие потери Германии и ее союзников за время Сталинградской битвы составили 1,5 миллиона человек. В развалинах Сталинграда осталось лежать 150 тысяч немецких солдат .
Командующий Сталинградским фронтом А. И. Еременко считал, что операция по уничтожению немецких войск в окружении является вредной, поскольку она унесла жизни многих советских солдат: после провала попыток деблокирования 6-й армии нужно было оставить небольшие заслоны против окруженных войск. Окруженная группировка, испытывая острый недостаток всего необходимого, без всяких ударов Красной армии пошла бы на капитуляцию через пару недель. Маршал К. К. Рокоссовский также считал, что операция «Кольцо» породила у многих военачальников бездумное подражание в проведении «уничтожающих» боев и «штурмов» городов и населенных пунктов в лобовых атаках. Нередко потери при таких атаках превосходили людские потери в войсках противника. Многодневный Штурм Берлина и лобовые атаки его укреплений подтверждали, что советское командование до конца войны так и не избавилось от расточительных способов ведения боев. Поэтому советские потери в личном составе во много раз превосходили потери противника . Эти жертвы, однако, нельзя считать совершенно напрасными, поскольку, как писал немецкий историк Герд Юбершер, «Сталинград дал людям предвкушение жестокой, бессмысленной борьбы, которая будет продолжаться до самого конца до горького поражения, ставшего фактом в 1945 г.» .