而苏军在斯大林格勒地区共有3个方面军，110万人，火炮15500门、坦克1463辆、飞机1350架。苏军兵力和装备已经优于德军。尤其是苏军新装配的1250门"卡秋莎"火箭炮，一次就可以同时发射1万发炮弹，威力非常强大。苏军已经具备了发动大规模反攻的必要条件。1942年11月7日，斯大林宣告："敌人尝到红军新打击力量的日子已经不远了"。
1942年11月19日清晨，苏军首先进行了80分钟的炮击，然后以坦克部队为先导开始大举反攻。11月22日夜间，苏军收复顿河桥梁，3天内34个师渡过顿河。之后，苏军兵分两路，一路向西急进，直插德军后方；另一路向南直奔卡拉奇，于23日晨收复该市，当晚与苏联西南方面军会师，从而将斯大林格勒地区的德军22个师包围起来。
苏联的强大反攻打得德军晕头转向。希特勒一面电令被包围的德国第6集团军司令鲍里斯稳住防线，一面急忙从各地战场上收罗了一些兵力，组成"顿河"集团军，调来曼斯坦元帅担任指挥，准备解救德国第6集团军。
12月12日，德国援军从科杰尼科夫斯基出发，不顾一路伤亡，向斯大林格勒猛冲。12月19日，曼斯坦德军突破重重阻截，抵达梅什科瓦河，距离斯大林格勒只有40公里。曼斯坦随即命令鲍里斯向西南突围，但是，被围德军已经精疲力竭，需要准备几天才能突围。而此时苏军已经突破意大利军的防线，挥师南下，直插曼斯坦德军的后方。曼斯坦为求自保，不得不向南撤退，同时电告鲍里斯停止突围。苏军乘胜追击，于12月29日收复了科杰尼科夫斯基，彻底粉碎了德军的解围计划，被围德军已成瓮中之鳖。
被围的30万德军每天需要750吨给养物资，但是德国空军每天只能送来100吨。因此，德军很快就出现了饥荒，弹药缺乏。包围圈逐渐缩小，德军伤亡与日俱增，伤员得不到照顾而奄奄一息，成千上万的士兵被冻死。挣扎到1943年初，德军每人每天只能分到1片面包，喝的是雪水，每人每天只有30发子弹，坦克缺少燃油而无法发动，大炮缺少炮弹。饥寒交迫的德军蜷缩在冰冻的战壕里，普遍厌战，先后有360名德军因为拒绝作战而被处死。
1943年1月8日，苏军向德军发出要求投降的最后通牒。鲍卢斯遵照希特勒的命令拒绝了。1月10日凌晨，苏军5000门大炮开始轰击德军，苏军坦克和步兵发起攻势。德军全线狼狈溃退，丢下遍地尸体，阵地在6天内缩小了一半。苏军再次建议德军投降，又被鲍卢斯拒绝了。1月22日，苏军发起全线进攻，经过4天激战，推进了10多公里。
1月24日，鲍卢斯向希特勒哭诉："部队已经弹尽粮绝……继续抵抗已无意义。崩溃在所难免。部队请求立即允许投降，以挽救残部生命。"但是，希特勒从不怜惜士兵的生命，斩钉截铁地回答说："不许投降！死守阵地，战至最后一兵一卒一枪一弹！"当日，为了刺激德军继续抵抗，希特勒大肆加官进爵，提升鲍卢斯为元帅，其他117名军官各升一级。
1月27日，苏军开始消灭残敌的战斗。至2月2日，被围德军全被歼，其中生俘9.1万，包括24名将军和2500名军官。鲍卢斯在斯大林格勒中心百货公司地下室被苏军俘获。
2月3日，希特勒宣布全国为在斯大林格勒阵亡官兵致哀4天，最后还挖苦鲍卢斯说："他还是没有能够跨进永垂不朽的门槛。"
斯大林格勒战役的胜利是苏德战争的转折点，正如毛泽东所说："拿破仑的政治生命终结于滑铁卢，而其决定点则是在莫斯科的失败。希特勒今天正是走的拿破仑道路，斯大林格勒一役是他的灭亡的决定点。"
精彩旁白：苏联人几乎爬在水中战斗着，在伏尔加河结冰以前和结冰之后，这条河一直是他们惟一的供应线。伏尔加河在这里转了一个大湾曲，河面宽有数里，因此运送军火的人必须在数里之中冒着德军暴雨般的炮击往返。苏联人必须保持供应川流不息，因为一旦断了，那就是战争的失败。
……最后，我们走到红十月工厂花园的尽头，站在一个小丘上。这小丘高出一所现代建筑余烬15英尺，这就是德国东进的尽头，下临河边。由柏林出发，德军不远万里跑到这"希特勒的目的地"--但是也就在此止步了。
