与此同时，斯大林格勒方面军于１１月２０日拂晓发起反攻，突破罗马尼亚第四集团军防线后，迅速向西北推进，并于１１月２３日傍晚在卡拉奇和西南方面军会师。德军的２２个师约３０万人被合围，从而紧紧地压缩在包围圈中。
到１２月初，合围圈已挤压得很紧，苏军开始肃清被围的德军集团。被围的德军第六和第四集团军极力想突破合围。１２月１２日，德军开始向斯大林格勒方向猛冲。１２月１９日，这支自称为“同死神赛跑“的援军推进离斯大林格勒仅４０公里的米什科瓦河，并成功地在河对岸占领了一个桥头堡。被围德军也拼命向西南突围。
就在德军即将突破合围会合时，朱可夫命令西南方面军部队和沃罗涅日方面军的第六集团军发起了进攻。他们一路南下，迅速迂回到整个德军“顿河“集团军群的后方。同时，另一支苏军又从德军侧面发起攻势，迫使“顿河“集团军群的左翼西退。苏联军队的强大攻势，终于使救援的德军担心也有被合围的危朱可夫传 ?１１１?险。为了自身的安全，德军以北向南撤退，同时被围的德军也停止了突围。解围计划彻底失败。
为了减少无谓的牺牲和出于人道主义考虑苏军最高统帅部于１月８日向德第六集团军发出最后通牒，要求德军投降。通牒要求德军２４小时内答复。然而希特勒驳回了德第六集团军司令的投降请求。
１月１０日，在５０００门大炮轰击包围圈内的德军后，苏军发动了迅猛的冲锋。德军由退却变成了逃跑，沿途丢下成千上万尸体，六天时间，德军的阵地被压缩在南北长２０公里、东西宽３１ ５公里的地段上，被击毙、击伤和俘虏者已超过１０万。
２月２日被围德军全部投降或被歼。至此经过整整２００天的鏖战，这场第二次世界大战期间最大的一次战役即告结束。斯大林格勒的会战，苏军取得了彻底胜利。德军在顿河、伏尔加河、斯大林格勒地域共损失１５０万人，３５００多辆坦克，１２０００门火炮和迫击炮，３０００多架飞机及大量兵器。斯大林格勒会战对希特勒德国的战略地位产生了极大的影响，并成为整个战争的转折点。
因为朱可夫在这次战役中的突出贡献他获得了苏沃洛夫一级勋章。１９４３年１月１８日，在战役即将结束时，朱可夫被晋升为苏联元帅，成为第二次世界大战中荣膺这一荣誉的第一位野战指挥官。朱可夫传 ?１１２?