Byli bardzo blisko osiągnięcia celu – 28 listopada oddziały Mansteina dzieliło od wojsk Paulusa tylko 30 km, ale Rosjanie rozpoczęli swoją operację pod kryptonimem „Saturn”, której celem było rozbicie wojsk Grupy Armii A, i ofensywę trzeba było przerwać.Fiaskiem zakończyła się także operacja Luftwaffe, która miała postawić na nogi wyczerpaną 6. Armię. Jej żołnierze byli zmarznięci i wygłodzeni, brakowało lekarstw dla kilkudziesięciu tysięcy rannych i chorych, kończyła się amunicja i paliwo. Paulus potrzebował dziennie minimum 600 t materiałów, aby jego armia jako tako funkcjonowała, i nie wierzył, że w warunkach zimowych uda się je dostarczyć drogą lotniczą. 22 listopada w rozmowie telefonicznej z gen. Weichsem mówił: „Nie wyobrażam sobie, jak można przez dłuższy czas zaopatrywać z powietrza ponaddwustutysięczną armię. Nawet przy założeniu, że pogoda będzie nam sprzyjać i nie będą się toczyć walki, takie przedsięwzięcie wymaga dziennie 500 – 600 maszyn Ju-52, i to nie biorąc pod uwagę działań radzieckiego lotnictwa i artylerii przeciwlotniczej”.
Rosjanie nie zamierzali się biernie przyglądać niemieckim dostawom. Zawzięcie ostrzeliwali lecące pod Stalingrad transportowe junkersy i nieliczne lotniska znajdujące się w rękach niemieckich. W rezultacie na lotnisku w Pitomniku, które mogło przyjmować samoloty przez całą dobę, i dwóch zapasowych pod Gumrakiem lądowało niewiele samolotów. Paulus wspominał, że „bywały dni, że nic nie otrzymywaliśmy, a gdy samoloty zdołały do nas dotrzeć, dziennie dostawaliśmy w najlepszym wypadku 140 t, najczęściej 80 – 100 t. Wraz z utratą Gumraku i tego zostaliśmy pozbawieni, jeśli nie liczyć zrzutów z powietrza minimalnej ilości najpotrzebniejszych materiałów”.
Mimo to komunikacja lotnicza nieco przedłużyła agonię 6. Armii. Samoloty zdołały też ewakuować z kotła ok. 42 tys. rannych i chorych żołnierzy Paulusa.
W styczniu sytuacja aprowizacyjna wśród Niemców sięgnęła dna: dzienna racja dla żołnierza wynosiła tylko 75 gramów chleba, 200 gramów koniny, 12 gramów cukru, 12 gramów tłuszczu. Przy 30-stopniowych mrozach nie pozwalało to na przetrwanie, a cóż mówić o walce. Szpitale polowe 6. Armii były przepełnione – lekarze bez znieczulenia amputowali żołnierzom odmrożone kończyny.
9 stycznia na różnych odcinkach frontu pojawili się sowieccy parlamentariusze z propozycją kapitulacji, jednak gen. Paulus po konsultacji z dowódcami korpusów i dywizji, a raczej tego, co z nich zostało, zdecydował o dalszym oporze. Następnego dnia Rosjanie rozpoczęli szturm, ale dopiero po dwóch tygodniach udało im się wedrzeć do miasta. W międzyczasie Paulus drugi raz odrzucił wezwanie do złożenia broni.26 stycznia czerwonoarmiści nacierający z zewnątrz połączyli się z towarzyszami z 62. Armii Czujkowa. Doprowadziło to do rozcięcia sił niemieckich na dwa izolowane zgrupowania. Paulus nawiązał łączność z dowództwem Grupy Armii Don i OKW, prosząc o „swobodę w podjęciu decyzji co do przerwania walk”. Odpowiedział mu sam Hitler: „Kapitulacja wykluczona. 6. Armia wypełnia swój historyczny obowiązek. Jej uporczywy opór aż do końca umożliwi utworzenie nowego frontu i odwrót grupie armijnej z Kaukazu”.
