Еще 8 января командование Донского фронта предъявило ультиматум командованию окруженной группировки противника с требованием прекратить бессмысленное сопротивление и принять условия капитуляции.
В ультиматуме отмечалось: «Все надежды на спасение ваших войск путем наступления германских войск с юга и юго-запада не оправдались. Спешившие вам на помощь германские войска разбиты Красной Армией, и остатки этих войск отступают на Ростов. Германская транспортная авиация, перевозящая вам продовольствие, боеприпасы и горючее, в связи с успешным стремительным продвижением Красной Армии вынуждена часто менять аэродромы и летать в расположение окруженных издалека. К тому же германская транспортная авиация несет огромные потери в самолетах и экипажах от русской авиации. Ее помощь окруженным войскам становится нереальной.
Положение ваших окруженных войск тяжелое. Они испытывают голод, болезни и холод. Суровая русская зима начинается; сильные морозы, холодные ветра и метели еще впереди, а ваши солдаты не обеспечены зимним обмундированием и находятся в тяжелых антисанитарных условиях. Вы, как командующий, и все офицеры окруженных войск отлично понимаете, что у Вас нет никаких реальных возможностей прорвать кольцо окружения. Ваше положение безнадежное, и дальнейшее сопротивление не имеет никакого смысла».
Немцам предлагалось прекратить сопротивление и передать в советское распоряжение весь личный состав, вооружение, всю боевую технику и военное имущество в исправном состоянии. Противнику гарантировали «жизнь и безопасность, а после окончания войны — возвращение в Германию или в любую страну, куда изъявят желание военнопленные». Всему личному составу предлагали сохранить военную форму, знаки различия и ордена, личные вещи, ценности, а высшему офицерскому составу — и холодное оружие. Всем сдавшимся было обещано нормальное питание, а раненым, больным и обмороженным — медицинская помощь.
Срок ультиматума истекал в 10 часов 9 января. Приказом Гитлера ультиматум был отвергнут. Утром 10 января войска Донского фронта приступили к ликвидации окружённой группировки. После мощной артиллерийской и авиационной подготовки, пехота и танки пошли в наступление. Так началась последняя операция под Сталинградом, носящая условное наименование «Кольцо».
Оборона противника была прорвана на всех направлениях наступления советских войск. Кольцо окружения с каждым днём сжималось. Обречённые на гибель гитлеровские солдаты испытывали голод, были даже съедены все лошади. Запасы боеприпасов, горючего катастрофически таяли. Госпитали были переполнены ранеными и больными, медикаментов не хватало.
25 января вражеская группировка, прижатая у Сталинграда к Волге, была рассечена на две части.
Одна часть вражеской группировки оказалась зажатой в центре города, а другая – в северном, заводском районе. Под мощными ударами советских войск 31 января сложили оружие гитлеровцы в центральной части города. Вместе с этой группой был пленён и фельдмаршал Паулюс со своим штабом. Другая группа противника, возглавляемая генералом К. Штреккером, капитулировала только 2 февраля, после того как советская артиллерия нанесла по врагу мощный артиллерийский удар.
Операция «Кольцо» стала финальным актом Сталинградской эпопеи. Германские войска были полностью разгромлены, а немецкий военный гений посрамлен и унижен. С 10 января по 2 февраля 1943 года силами Донского фронта под командованием генерала К. К. Рокоссовского были разгромлены 22 дивизии противника, а также около 160 частей усиления из 6-й полевой и 4-й танковой армий вермахта. Погибло около 140 тысяч человек, в плен сдалось 113 тысяч, из них: 2500 офицеров, 24 генерала и один генерал-фельдмаршал. Перелом в Великой Отечественной войне наступил.