Następnie walki zostały wstrzymane na cztery dni, które siły radzieckie poświęciły na przegrupowanie się i zaplanowanie kolejnego etapu ofensywy.
Druga faza operacji rozpoczęła się 20 stycznia od radzieckiego uderzenia w kierunku ostatniego używanego przez Niemców lotniska w Gumraku. Dwa dni później obiekt został zajęty przez Sowietów. Jego schwytanie oznaczało koniec możliwości ewakuacji rannych Niemców, a dostarczanie zaopatrzenia mogło się odbywać już tylko na spadochronach.
22 stycznia gen. Friedrich Paulus, dowódca niemieckiej 6 Armii okrążonej w Stalingradzie, wysłał wiadomość radiową do OKH:
Siły Osi wycofywały się samoistnie pod naporem wojsk radzieckich do samego miasta. Lecz opór obrońców stopniowo zmniejszał się z powodu wyczerpania wszystkich zapasów. 25 stycznia dowódca LI Korpusu gen. Walther von Seydlitz-Kurzbach powiedział dowódcom swoich dywizji, aby sami podjęli decyzję o poddaniu się. Paulus natychmiast zwolnił go ze stanowiska. Seydlitz-Kurzbach uciekł z niemieckich linii pod ostrzałem i osobiście poddał się Sowietom.