Параллельно разгрому основных сил гарнизона в районе железнодорожного вокзала и депо проводился штурм цитадели. Старую крепость размером 250Х100 метров обороняли на 31 декабря около 400 человек. Высокие обледенелые скаты валов крепости делали ее штурм невозможным для танков и трудным для пехоты. Для штурма были заготовлены специальные лестницы. Несмотря на жестокий обстрел артиллерии и удары авиации полностью систему огня гарнизона подавить не удалось, и 15 января внутрь крепости прорвалась только одна штурмовая группа с северо-востока. Однако этот отряд отвлек на себя значительные силы обороняющихся, что позволило остальным штурмовым группам ворваться в цитадель с севера и юга. К 7.00 16 января крепость пала. В цитадели было захвачено 235 пленных, 9 танков (из числа прорвавшихся извне) и большое количество разнообразного оружия.
Итоги операции. Сталинград и Великие Луки знаменовали качественные изменения в положении окружаемых немецких войск. Раньше шоком для пехотинцев был сам факт окружения, обыденного только для подвижных войск, вырывавшихся вперед. Зимой 1942 г. масштабными аэромобильными операциями усилия Красной Армии по окружению крупных и мелких групп немецких войск фактически сводились на нет. Зимой 1943 г. за окружением стало следовать уничтожение. Если ранее пример Холма и Демянска порождал доверие к командованию и стимулировал удержание важных с оперативной точки зрения пунктов, то пример Сталинграда и Великих Лук показывал неспособность немецкого командования обеспечивать устойчивость как крупных, так и мелких гарнизонов в новых условиях.
При этом нельзя сказать, что снабжение по воздуху Великих Лук было неэффективным. Если Сталинград из-за удаленности от основных сил групп армий «Б» и Дон, а также вследствие многочисленности окруженных войск не мог в полной мере снабжаться по воздуху, то «крепость Великие Луки» отделяли от внешнего фронта окружения только десятки километров. Численность гарнизона была небольшой. С помощью транспортных планеров оказывалось возможным доставлять даже тяжелые противотанковые орудия. Планеры Go.242 буксировались бомбардировщиками «Хейнкель-111» до района «котла», далее они отцеплялись и садились на занимаемую немецкими войсками территорию. Пилоты планеров для следующего рейса забирались в тот же день самолетами Физилер «Шторх». Например, только 28 декабря было доставлено 560 снарядов к легким полевым гаубицам, 62 тыс. 7, 92-мм патронов в лентах, 25 тыс. патронов в обычной упаковке для винтовок, 42 тыс. патронов к советскому оружию и т. п. Даже в предпоследний день обороны Великих Лук с самолетов было сброшено 300 контейнеров, из которых остатки гарнизона смогли собрать только семь.
В наступление идут танки КВ. Калининский фронт. Зима 1943 г.
Город Великие Луки был не просто окружен, он был взят штурмом. От теории штурмовых групп советские войска стали все больше переходить к практике. Это позволило ликвидировать гарнизон до того, как к нему пробились извне. Общие потери немецких войск убитыми в ходе сражения вокруг Великих Лук составили около 17 000 человек. Из этого числа примерно 5000 были убиты в самом «котле», а 12 000 убитых составили потери частей и соединений, пытавшихся пробиться к окруженным. По советским данным, в Великих Луках было взято 3944 пленных, включая 54 офицеров. Большими были также трофеи, захваченные в городе: 113 орудий, 29 шестиствольных реактивных минометов, 58 обычных минометов, 20 танков и штурмовых орудий.
