斯大林格勒戰役慘烈的後半段，在包圍圈中的德軍
蘇軍在1942年11月展開的「天王星行動」包圍了德國第六集團軍和其他附屬部隊，總數大約有26萬5000人。
蘇軍進攻中
德國第6集團軍共20個師（平均每師兵力為9,000人），大約是210,000人。附屬部隊是羅馬尼亞士兵、克羅埃西亞第369加強步兵團。
在包圍圈中還有大約10,000名蘇聯平民和幾千名被德軍俘虜的蘇軍士兵。
蘇軍炮兵
參與包圍的蘇聯紅軍立即組成2條防衛線：1條內對壘線面向裡面，以阻止所有突圍的嘗試，及另1條外對壘線，以阻止任何的救援行動。
墜毀的德軍戰鬥機
德國高層在得知第六集團軍在斯大林格勒被包圍後，做出了用德國空軍建立空中橋樑為第6集團軍進行補給的決定，然後讓他們等待解圍救援部隊。
在斯大林格勒墜毀的德軍轟炸機
德國國防軍空軍第4航空隊（Luftflotte 4）司令沃爾弗拉姆·馮·里希特霍芬曾嘗試推翻這個決定但沒有成功。因為第6集團軍是當時全世界規模最大的集團軍級單位，如果進行空中補給每日最少需要800噸的運輸量。
準備起飛的轟炸機
而德國空軍的運輸機是達不到這樣的運輸量，最後不得不利用轟炸機來補充數量有限的Ju 52運輸機。
德國空軍甚至未能達到每天供應117噸的供應量，平均每日只有85噸補給物資被運到被圍的德軍手中。
德軍坦克
最成功的一天，12月19日154個航班，交付了262噸的物資；
但是補給物資有時候會運來沒有用的東西，比如一架飛機運來20噸伏特加及夏季軍服，另一架飛機運來了黑胡椒和馬玉蘭等香料。這說明德軍後勤在戰時緊張狀態下出了錯。
被包圍的德軍
因為蘇軍高射炮的強大火力和戰鬥機的攔截，導致了德軍空投時共損失488架飛機。
安全降落的運輸飛機在回程時撤離了技術專家、生病或受傷的士兵（共有約42,000人被撤走）。
因為缺少汽油而癱瘓的德軍坦克
德軍在被包圍期間表明出非凡的紀律。他們在第一次陷入包圍圈這種不利的狀況下，還進行著有規模的戰鬥。
凍死的德軍
在被包圍的後期，糧食和衣物的短缺，令許多德國士兵餓死或凍死，然而他們的紀律還保持到最後。
凍死的德軍
到12月7日，空運顯然無法提供足夠的食物、燃料和彈藥。德軍口袋裡的口糧減少了一半，燃料和彈藥的短缺嚴重阻礙了第六集團軍的戰鬥部署。
越來越多的德軍慢慢地在餓死，德軍飛行員十分震驚地發現部隊因過於疲憊及飢餓而沒有能力卸下補給品。
凍死的德軍
組織空運的代價是巨大的，德國空軍共損失了266架Ju 52運輸機，佔蘇德戰線上總數的三分之一。
空運中還損失了165架He 111轟炸機，其它損失包括42架Ju 86轟炸機、9架Fw 200"禿鷹"、5架He 177轟炸機及1架Ju 290飛機。
另外，德國空軍失去了1,000名經驗豐富的轟炸機機組人員。
德國空軍如此沉重的損失，令第4航空隊的4個空運單位（KGrzbV 700、KGrzbV 900、I./KGrzbV 1及II./KGzbV 1）被解散。
德軍
12月12日增援的德軍發動了「冬季風暴行動」，馮·曼施坦因將軍試圖從南方救援被圍的第六集團軍。然而12月19日，德軍第57裝甲部隊在邁什科娃河上被蘇軍第二近衛軍壓制，這裡距離斯大林格勒包圍圈只有40英里。
在12月23日德軍的救援行動被蘇軍成功地瓦解了。德軍放棄了救援計劃，第六集團軍徹底喪失了突圍的機會。
德軍殺馬吃後剩下的馬蹄
第二天，位於Tatsinskaya的德軍控制的機場被蘇軍佔領，給斯大林格勒德軍補給的德國空軍飛機被迫從更遠的機場和臨時機場起飛。
俄羅斯寒冷的冬季對德軍影響巨大，伏爾加河河面結冰，令蘇軍更容易進行補給，被圍的德軍迅速的消耗了取暖燃料和醫療用品，數千名士兵因凍傷、營養不良和疾病而死去。
德軍
第6集團軍現在已沒有希望獲得任何的陸軍救援，但是斯大林格勒的德軍士兵並沒有被告知這些，他們還認為增援正在途中。
一些知道真相的德軍軍官要求集團軍司令保盧斯違抗希特勒的命令，不再堅守斯大林格勒並嘗試突圍，但保盧斯拒絕，因為他憎惡不服從命令的想法。
德軍
雖然在頭幾個星期的時候，包圍圈內的德軍有機會利用機械化部隊實施突圍，但是後來的第6集團軍缺乏汽油和補給，這樣讓德軍士兵在惡劣的寒冷冬季下徒步突破蘇軍戰線是非常困難的。
1月7日，蘇軍對第六集團軍勸降。一份由沃羅諾夫撰寫並經斯大林批准的投降書發往前線。勸降書被印成傳單撒在德軍陣地。但是德軍不為所動。
在包圍圈中的德軍從斯大林格勒的郊區集中撤入市中心。德軍的處境繼續惡化，1943年1月皮托尼克和古姆拉克兩個德軍控制的飛機場都陷落，導致德空運補給及撤出傷兵的行動終結。
被俘的德軍
第3個也是最後1個可使用的飛機跑道是在斯大林格勒飛行學校，在1月22日晚上進行了最後一次降落，1月23日佛曉就陷落了。以後德國空軍只能進行空投彈藥和食物，再沒有第六集團軍的人能突出重圍了。
包圍圈中的德軍不但陷於飢餓中，而且缺乏彈藥。但是他們繼續頑抗，因為他們認為蘇軍將處死任何投降的人。特別是那些所謂的俄國志願人員，他們是協助德軍作戰的原蘇聯公民，他們在被俘後轉而幫助德軍作戰，因此他們對自己的命運不抱任何幻想。
被俘的羅馬尼亞士兵
蘇軍最初對被圍的德軍人數感到意外，因此不斷的增援包圍部隊。血腥的城市巷戰在斯大林格勒再次展開，但這一次是蘇軍把德軍逼向伏爾加河岸邊，德軍在工廠區建立了防禦工事兇猛的抵抗蘇軍進攻。
德軍在建築物窗口上固定一種簡單鐵絲網，為了保護自己免於受到手榴彈的攻擊，而蘇軍的辦法是將魚鉤固定在手榴彈上使手榴彈拋出後勾在鐵絲網上。
朱可夫在斯大林格勒（拿拐杖者）
在城區內德軍沒有使用坦克，他們的坦克都被當作固定大炮來使用。蘇軍也沒有在城區使用坦克，因為廢墟般的市區影響坦克的機動性。
1943年1月24日，1名蘇軍特使向保盧斯提出優厚的投降條款：如果他在24小時內投降，蘇軍將提供以下的保障，所有戰俘的安全、對所有傷病員作出醫治、所有戰俘均可保留個人物品、提供正常的口糧及在戰爭結束後遣返他們希望到達的任何國家。
蘇軍坦克進入市中心
但是保盧斯，因希特勒「不得投降」的命令，而沒有回應蘇軍的投降書，最終導致第6集團軍的滅亡。
1月26日，蘇軍第16坦克軍團的坦克、第21軍的陸軍，與第62軍第13警衛步槍師的步兵終於匯合了。他們在馬馬耶夫崗北部把包圍圈中的德軍分成兩成兩個部分。
其中一部分在城市南端的是保盧斯和他的司令部，另一部分是位於拖拉機廠的北部，包含11兵團，由斯特里克將軍指揮。
投降的德國和羅馬尼亞將軍
南部的包圍圈迅速變小，到1月30日，俄羅斯軍隊已經到達市中心。
1943年1月30日，是希特勒成為德國元首10周年紀念，希特勒希望保盧斯戰鬥到最後一刻或者自殺。
所以他晉陞保盧斯為德國陸軍元帥，因為德國歷史上沒有任何元帥成為戰俘，這對保盧斯意味著他也不能成為俘虜。但是第二天保盧斯投降了。
1月31日上午，蘇軍向市中心挺近，市區的廣場遭到了猛烈的轟炸。9點30分，一名蘇軍軍官進入保盧斯的司令部部，敦促他投降。當時蘇軍已經包圍了設在這個百貨商場的第六集團軍的司令部。保盧斯投降了。
德軍司令保盧斯投降
城市北部由斯特雷克指揮的第11軍團仍然在抵抗。最後，斯特雷克在師長們的說服下放棄了抵抗。
這樣在斯大林格勒北部剩下的以德國為首的軸心國軍隊於1943年2月2日陸續投降；
至此91,000名勞累、染病及飢餓的士兵被俘虜，包括3,000名羅馬尼亞士兵，他們來自羅馬尼亞第20步兵師、第1騎兵師及沃伊上校支隊。
德軍俘虜
另外，德軍有超過11,064名士兵在1943年1月31日收到投降命令時拒絕放下武器投降。大概他們認為因戰鬥而陣亡好過在蘇軍集中營緩慢地死去，因此他們躲藏在地下室和下水道繼續頑抗。
在1943年3月初，剩餘的最後的幾隻小型部隊和孤立的包圍圈內的部隊也全部投降了。根據前蘇聯的情報文件中顯示，在這段時間共有2,418德軍被打死及8,646人被俘。
歡呼勝利的蘇軍
令蘇軍驚喜和德國高層失望的是，這些俘虜中包括了22名德國將軍，希特勒對他的將軍們極為憤怒地說道：「保盧斯本來可以擺脫所有的痛苦並保有不朽的榮譽，但他寧願到莫斯科去！」
保盧斯投降後表示：「既然我為德國元帥，我就不打算為了那個奧地利來的下士（指希特勒）自殺。」
蘇軍士兵繳獲德國旗幟
在斯大林格勒包圍戰役期間，德國的報紙廣播等都沒有向公眾這場災難的任何消息，直至1943年1月底戰役結束。
德軍在斯大林格勒的慘敗在規模上、戰略意義上都是德國歷史上從未有過的。1月31日，德國國家電台正常的廣播節目被中斷，開始播放由安東·布魯克納所作憂鬱慢版的第7交響曲，然後宣布了斯大林格勒戰敗的消息。
這是二戰開始後，德軍第一次遭到重大挫折，納粹德國政府首次承認其武裝力量在戰爭中失敗；
1943年2月18日，納粹德國宣傳部長約瑟夫·戈培爾在柏林發表其著名的體育宮講話，他說：德國面臨了前所未有的重大危機，並且鼓勵德國人接受總體戰的理念，動員全國人口的所有資源及力量戰鬥到底。
在這場包圍戰中，21萬名德軍士兵有10萬5000人投降，3萬5000人被空運撤離回德國、1萬人在投降後仍在繼續戰鬥、其餘6萬人死亡。而死亡的這些士兵大部分是在被蘇軍包圍後的短短11周內，以及在戰役結束時不想投降而選擇了自殺。
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