2月11日，德军装甲部队在一轮猛烈的空袭后对苏军展开进攻，并很快在苏军包围圈上撕开了一个突破口。然而，苏军反应迅速，立刻又投入了一个集团军，及时填补了漏洞。接下来的一段时间内，德军隔三差五就发动一次进攻。不过，此时的苏军士兵英勇顽强，战意旺盛，抵抗坚决，德军的进攻均无功而返，还付出了惨重的伤亡。
眼看救援无望，曼施坦因不得不在1944年2月15日给包围圈内的部队发电报，让他们自己伺机突围。这封电报可谓是一个分水岭，被包围的德军一下子陷入慌乱中。苏联方面曾试图减少伤亡，主动提出让德军官兵投降的要求，却遭德军果断拒绝。因此，苏军指挥官决定执行最高统帅部的命令：对包围圈中的德军给予坚决歼灭。
2月16日夜，德军策划了一次突围行动：他们丢掉所有重武器和辎重，打算发动奇袭，尽可能地突围。不过，苏联人可没这么好骗，苏军发射大量照明弹，把整个地区照得亮如白昼。随后，苏军骑兵向德军发动冲锋，此时不少德军士兵后悔了，赶紧高举双手请求投降，却被直接砍断。包围圈内的德国人根本无法反抗，由此陷入了一场非常惨烈的大屠杀。绝望之中的德军不得不拼死一搏，曾短暂地占领239.0高地，并与源源不断赶来的苏联援军展开了激烈的肉搏战。战斗一直持续到次日傍晚，苏军彻底封锁包围圈，双方均损失惨重，尤其是德国方面，“维京师”减员超过60%。
值得一提的是，苏军在清理战场时发现了包围圈内德军最高指挥官威廉·施特莫尔曼中将的尸体，他在临死前居然像一名普通的士兵一样，紧握步枪战斗。他的行为赢得了苏联人的尊重，科涅夫亲自下令将其厚葬，这也成为苏德战场上为数不多的被敌军厚葬的将军之一。
这场被称为“钢铁合围战”的胜利显然让斯大林欣喜不已，他在莫斯科得知消息后，立刻搞掉地宣称苏军全歼了地区内的德军，还专门鸣放礼炮，以向赢得这场战役的将军和战士们表达尊敬。斯大林新晋爱将科涅夫在场战役中可谓是大放异彩，不过，切尔卡瑟地区仍有超过3万名德军得意逃脱。即便如此，几乎没有人会怀疑切尔卡瑟钢铁合围战在反法西斯战争中的地位，其影响无疑是相当深远的。
