被德军团团包围、与外界失去一切联系之后，依然坚持抵抗了六天六夜，直到弹药全部打光，大部分官兵阵亡，才最终被迫投降。
但更多的时候，等待他们的，是无情的屠杀和冰冷的绝望。德军为了瓦解苏军的抵抗意志，甚至动用了巨幅的扩音器，向包围圈内的红军喊话：“红军战士们！你们的指挥官已经抛弃了你们！你们的政府已经忘记了你们！你们已经被彻底包围了！放下武器，投降吧！这是你们唯一的生路！”
在经历了数日的饥饿、轰炸、绝望和无休止的战斗之后，包围圈内的苏军抵抗力量，逐渐被消磨殆尽。从9月19日开始，德军对包围圈内的苏军残部，发动了最后的清剿。大批大批的红军士兵，在失去了建制、耗尽了弹药之后，被迫向德军投降。
据德军的统计，在整个基辅会战（包括围歼战）中，他们总共俘虏了苏联红军官兵高达约66万5千人！这是一个在人类战争史上都极其罕见的数字！此外，还缴获了近900辆坦克和3700多门火炮（当然，这些数字可能也包含了苏军自行破坏或遗弃的装备）。
苏联西南方面军，这个曾经兵强马壮、被寄予厚望的战略集团，就这样，在希特勒的战略转向和斯大林的固执命令之下，几乎全军覆没，从红军的战斗序列中彻底消失了！方面军司令员基尔波诺斯上将、参谋长图皮科夫少将、军事委员布尔米什坚科等高级将领，都在突围无望后，壮烈牺牲。
基辅会战，成为了苏联红军在整个卫国战争中，乃至整个第二次世界大战中，一次性损失兵力最多、也是最为惨痛的一次大失败！
就在包围圈内的苏军主力面临灭顶之灾的时候，乌克兰的首府，那座拥有千年历史的古城——基辅，也迎来了它自己的末日。
9月19日，德军第6集团军的先头部队，在清除了外围的苏军抵抗后，耀武扬威地开进了基辅市区。苏联方面，在意识到主力已被合围、基辅已无法坚守的情况下，正式下令放弃这座城市。
在撤退之前，苏军和内务人民委员部的特工人员，对基辅城内的重要军事设施、政府大楼、工厂仓库、桥梁等，进行了大规模的爆破和纵火，试图尽可能地销毁一切可能为德军所用的物资和设施，实行“焦土政策”。