Советское командование, оценивая сложившуюся ситуацию, пришло к выводу о том, что настало время реализации плана операции по ликвидации окруженной вражеской группировки. Проведение этой операции было возложено на войска Донского фронта под командованием генерала К.К. Рокоссовского. Фронту были переданы 62, 64 и 57-я армии Сталинградского фронта. В общей сложности Донской фронт имел теперь семь общевойсковых и одну воздушную армию. Представителем Ставки ВГК на фронте был назначен генерал Н.Н. Воронов. Сталинградский фронт, переименованный в Южный, получил задачу развивать наступление на внешнем фронте окружения в общем направлении на Ростов-на-Дону.
Начало операции по ликвидации окруженной группировки противника, получившей кодовое название «Кольцо», было назначено на 6 января, но затем перенесено на 10-е. К началу операции Донской фронт имел 39 стрелковых дивизий, 10 стрелковых, мотострелковых и морских бригад, 7 авиационных дивизий, 45 артиллерийских и минометных полков РВГК, 10 полков реактивной артиллерии, 5 танковых бригад, 14 отдельных танковых полков, 17 артиллерийских полков ПВО и ряд других частей. Всего войска фронта насчитывали 212 тыс. человек, около 6,9 тыс. орудий и минометов, 257 танков и 300 самолетов. В составе окруженной группировки имелось 250 тыс. человек, свыше 4,1 тыс. орудий и минометов, до 300 танков и 100 самолетов [204] .
Чтобы избежать напрасных жертв, генералы К.К. Рокоссовский и Н.Н. Воронов 8 января 1943 г. с согласия Ставки ВГК предъявили командованию окруженной группировки ультиматум о капитуляции, но он был отвергнут. Советскому командованию не оставалось ничего иного, как решить вопрос силой оружия.
Соединения Донского фронта перешли в наступление 10 января после мощной артиллерийской и авиационной подготовки. К исходу дня главная полоса обороны окруженных была прорвана. К 12 января войскам фронта удалось ликвидировать так называемый мариновский выступ, уничтожив при этом до трех вражеских дивизий, и выйти к реке Россошке. Была прорвана и оборона немцев на реке Червленой. Все попытки неприятеля задержать наступление советских войск на втором оборонительном рубеже, проходившем в основном по бывшему среднему оборонительному обводу Сталинграда, успеха не имели. Исчерпав все свои возможности в борьбе за первый и второй оборонительные рубежи, противник дрогнул, начался общий отход его к Сталинграду. После потери аэродрома в районе Питомника, через который в основном осуществлялось снабжение окруженных войск, в распоряжении 6-й армии оставался единственный аэродром Гумрак. Тем не менее и повторное предложение советского командования сложить оружие было отвергнуто. К 20 января соединения Донского фронта вышли на рубеж Большая Россошка – Воропоново.
Перегруппировав свои войска, генерал Рокоссовский нанес очередной удар. Наступление возобновилось по всему фронту окружения. К исходу 25 января окруженная группировка была зажата на территории, протяженность которой с севера на юг составляла 20 км, а с запада на восток – не более 3–4 км. За две недели боевых действий ее потери составили более 100 тыс, человек [205] . На следующий день командующий 6-й армией Паулюс направил начальнику генерального штаба сухопутных сил телеграмму следующего содержания: «Крепость может быть удержана только считаные дни. Из-за отсутствия снабжения люди обессилели, оружие лишено подвижности. Последний аэродром в ближайшее время будет потерян, в результате чего возможность снабжения будет сведена к минимуму… Оснований для выполнения боевой задачи и удержания Сталинграда больше нет… Я намерен, не дожидаясь окончательного крушения обороны, отдать всем частям приказ организованно пробиваться на юго-запад… Если же мы останемся на месте, то, несомненно, все погибнем, пленные тоже умрут от голода и холода». На это ОКХ ответил, что решение в отношении попытки прорыва из окружения остатков 6-й армии фюрер оставил за собой. Гитлер же подтвердил свой приказ 6-й армии «продолжать бой до последней возможности» [206] .
25 января войска Донского фронта ворвались в Сталинград с запада. Навстречу им бросилисъ воины 62-й армии. Они с сентября 1942 г. стойко держались на узком клочке сталинградской земли. Окруженная группировка врага теперь была рассечена на две части. Южная группа (остатки 9 дивизий) была блокирована в центре города, северная (остатки 12 дивизий) – в районе заводов «Баррикады» и Тракторного. Южную группу возглавлял сам Паулюс, оказавшийся вместе со своим штабом в ее расположении. Командование северной группой он возложил на командира 11-го армейского корпуса генерала К. Штреккера.