9月16日、17日兩天的戰鬥更加激烈，尤為殘酷。崔可夫說：“我們的部隊在這裏經受了從殘酷和頑強程度來說都是曆史上絕無僅有的惡戰。”
經過一個多星期的巷戰，崔可夫摸索出了一些規律。他告誡屬下的各級指揮官，不要束縛於既定的戰鬥條例條令，要相信士兵們並給他們充分的戰鬥自由，要多化整為零地組織突擊小組，甚至可將“單人堡壘”作為新的戰術單位。這些措施都收到了明顯的成效。
在接下來的殘酷戰鬥中，崔可夫及其司令部一直堅守著自己的防禦陣地，從未撤離到伏爾加河的對岸。
在10月中旬，德軍甚至攻至第62集團軍司令部僅400公尺之處，而崔可夫和參謀長克雷洛夫都鎮定自若地表示：“我們將一起清洗好自己的手槍，把最後一粒子彈留給自己的腦袋”。
10月底的戰鬥中，在對斯大林格勒的保衛者來說是更為艱苦的日子，但勝利的曙光已冉冉升起。
1942年11月13日，蘇聯最高統帥部決定於11月19日在斯大林格勒發動全麵反攻行動以圍殲該地域的德軍部隊。
12月17日，第62集團軍從一塊塊漂來的巨大浮冰上步行渡過了伏爾加河，與德軍展開激戰。
1943年1月10日，蘇軍部隊對被圍德軍發起攻擊行動。頓河方麵軍司令羅科索夫斯基中將在視察第62集團軍時告訴崔可夫的任務是：“以積極的行動，從東邊將更多的敵人吸引過來。如果敵人企圖越過結冰的伏爾加河突圍，就堅決地把它堵住。”
崔可夫向羅科索夫斯基保證：堅決完成任務，在頓河方麵軍主力發起主攻之前，第62集團軍決不讓保盧斯的德軍部隊撤走一兵一卒。
隨後，崔可夫指揮部隊由東向西推進，對德軍發起了強勁的攻勢；1月26日，第62集團軍與自西向東進攻的第21集團軍在馬馬耶夫崗勝利會師。
1月31日，剛剛被希特勒授予元帥軍階的第6集團軍司令官保盧斯及其手下的步兵第4軍軍長普費爾中將、第51軍軍長庫爾茨巴赫中將、第295師師長科爾費斯少將等德軍高級將領都成為了第62集團軍的戰俘。
2月2日，崔可夫的第62集團軍向最後負隅頑抗的德軍部隊實施最後的攻擊，俘獲德第11軍軍長施特雷克爾中將。當天16時整，頓河方麵軍終於徹底完成了殲滅斯大林格勒被圍德軍集團的使命，曆時200餘天的斯大林格勒會戰終於以蘇軍的徹底勝利宣告結束；希特勒宣布德國全境為此哀悼3天。
在斯大林格勒會戰中，崔可夫指揮的第62集團軍在市區防禦作戰中，一次又一次地擊退了數倍於己的德軍部隊，完成了蘇聯最高統帥部“不許後退一步”的任務。
蘇軍的《紅星報》在社論中說∶“第62集團軍的震驚世界的頑強精神，使我統帥部有可能集結兵力，轉入反攻，重創龐大的德國法西斯部隊。”
為表彰第62集團軍的戰功，蘇聯最高統帥部將第62集團軍改為近衛軍，而崔可夫則獲得了蘇聯最高榮譽稱號——“蘇聯英雄”。