此时，在德军的战斗序列中，虽然充斥着新兵和国民突击队员，但是一些陆军、武装党卫队中的老兵，仍然是一支令人畏惧的力量。而整个柏林市，这时已经在所有居民和守军的努力下成为了一座巨大的堡垒，德军把城市接近地分成了3道防御地区：外阻击区、外城廓和内城廓。柏林城内的防御，共分为9个防御区，其中1个是特别防御区，负责掩护政府各办公大楼、帝国办公厅、秘密警察总部和国会大厦所在的柏林市中心区，其余8个防御区分别位于城市中心区的东、南、西、北四个方向，每个方向各有两个区，每个区又区分为3~4个分区。市区构筑了交通壕并普遍地筑起了街垒，所有的临街建筑都被改造成为防御工事，高层建筑的窗户被加固后封死成为射击孔，以和地面上的街垒及地下射击工事构成交叉火力。
在柏林的街道上，除街垒外还增设了防坦克障碍、鹿砦和混凝土工事。所有的火车站、桥梁和叉道口的接近地都被改造为坚固的支撑点，各条运河也是重要的防御地区。由于美英空军对柏林的空袭已经结束，为了不让保卫帝国首都天空的众多大小口径高炮“失业”，大量高炮被抽调去加强地面守军的火力，其中不乏威力巨大的88毫米高射炮。正在修理中的坦克，只要火炮还能射击就被拉去作为固定火力点使用，隐蔽在十字路口和铁路桥边。
负隅顽抗的德军这时只能希望在城市的瓦砾堆中拖住苏军前进的脚步，柏林城防司令部还警告居民要作好逐屋战斗和激烈巷战的准备。按照德军的计划，巷战将同时在地面和地下进行，为此德军在地下铁道、地下下水道网中也建立了防御工事并设置了通信器材，地下铁道和下水道网成了军队运动的通道和用来隐蔽的最佳工事。柏林市通向外部的公路，现在也都开始用填满石头的公共汽车进行堵塞。
非常有戏剧色彩的是，4 月20日这天也是希特勒的生日。在隆隆的炮声中，希特勒的情妇爱娃·勃劳恩为希特勒准备了一个生日晚会，戈林、戈培尔、希姆莱等纳粹精英悉数出席了这最后的晚餐。除希特勒外所有在座的人，此时都已意识到柏林存在的日子已经不多了。宴会上，希特勒倒还没有绝望，他对在座的人断言：“俄国人在柏林城下要遭到最惨重的失败。”不过，晚会刚结束，不少人就开始逃出柏林。
■ 市区激战
4月21日，沉重的气氛笼罩着柏林，根据柏林电台的播报，此时苏军距市区已只有3~4英里。此时苏军也在前一天全线突破的基础上，开始部署对柏林的进攻。
希特勒接管了柏林防区，他亲自下令给党卫军的菲里克斯·施坦因纳将军，叫他向柏林南郊的苏联红军乌克兰第 1方面军的部队发动全面反攻。柏林地区的所有一兵一卒，包括空军部队也将全部投入战斗。
此时，德军在柏林还有多少兵力呢？一种说法认为，当时柏林守军第56装甲军加上50个“国民突击队”营有12万人；而另一种说法则认为有正规军45000人（包括拉脱维亚和法国伪军）、“国民突击队”40000人，希特勒青年团3000人。柏林城内尚有1万1千名警察，从其中曾经编组过至少2个警察营。由2700名希特勒青年团分子组成了坦克歼击特遣队，并参加过前线的战斗，其中很多人只有十三四岁，可战斗力却很强悍。此外在柏林还聚集了很多五花八门的部队。如有2000人的元首警卫队；空投进来的罗斯托克等海军学校的上千学员，他们身穿有黄铜扣的蓝黄两色海军阅兵服，邓尼茨在临行前交给他们的任务是“救出元首”；希姆莱的部分卫队也被投入了战斗。另外各种各样的党卫军外籍“志愿部队”也都聚集在柏林；以法奸为主的武装党卫军第33“查理曼”装甲步兵师（法兰西第1师）也有一部分兵力进入了柏林，其中包括一个有300人的突击营，在战斗中据说有30名法国人被苏军俘虏。
4月22日，白俄罗斯第1方面军突击集团所有的集团军都基本完成了调整，在市区的作战全线展开。此时苏军方面，情况开始分化：一部分仍处在柏林外围的苏军，在向柏林市区的进击中可谓一帆风顺，特别是近卫第29步兵军，当天就前进了15公里，而已经遭遇到巷战的苏军，则开始再一次寸步难行。比如，首先投入市区作战的卡图科夫近卫第1坦克集团军，在城市外围的巷战第1天就付出了巨大的代价。德国士兵静静地伏在建筑物内或废墟中间，等着他们的猎物进入陷阱。等到苏军坦克完全进入街道后，德国人则有无数长柄火箭弹、燃烧瓶和88毫米反坦克炮弹从瓦砾堆和建筑物内飞出。整个大街上到处都是战死的苏军坦克乘员尸体和起火的坦克残骸，所有在独立方向上单独使用的坦克部队，都遭受了极为可怕的损失，仅后来参战的近卫坦克第1集团军就在柏林城内损失了104辆坦克，其他在步兵军编制内参战时间长的部队损失更为巨大。
4月23日，情况开始有了一点改观：在柏林市区外围，别尔加林将军的突击第5集团军经过从凌晨开始的激战，强渡施普雷河后终于攻克了德军坚固设防的西里西亚火车站，菲尔索夫将军的第26步兵军和列热宾将军的第32步兵军率先冲入环城路以内的市区。紧接着，第9步兵军也渡过施普雷河插入德军内城。傍晚，柏林通向外部的最后一条主要公路被苏军切断。
到了4月26日，柏林广播电台已不能正常播音，苏军发起了总攻。直接攻击柏林城的苏军共有464000人，装备12700门火炮和迫击炮，2100门火箭炮，1500辆坦克、自行火炮。看起来苏军占据了绝对优势，但残酷的战斗其实才刚刚开始：在柏林城高大的砖砌楼房、贴着巴伐利亚啤酒、巴黎美容膏广告牌和各种宣传品的灯柱之间，最后战斗开始了。苏军在柏林市区倾泄炮弹的时候，有经验的德军战斗人员则躲到地下室里。而炮击一停止，他们就爬到上面，依托每一条街道和每一座楼房向苏军射击。在碎石垃圾成堆的柏林街道里，只要有一辆坦克被击中，其余的坦克就会被堵塞，然后德国人就可以用反坦克火箭弹逐个从侧面加以消灭。在市区建筑内，狭处相逢的两军官兵还展开了刺刀见红的白刃战，一个苏联士兵在把德国人掐死以后，才发现自己的肚子也被划开，肠子流了一地。柏林地下的下水道、地铁、地下管道和排水沟也变成了战场，熟悉地形的德国人利用它们不断还击。
苏军在市区前进的每一步都极为艰难，每一座大楼都是一个坚固的防御工事。所有的门窗都改造为射击孔，在地下室配备了小口径火炮，通过改造的通风口射击。苏军必须不断地用强火力压制，然后派突击小组突击，巩固战果小组紧随突击组冲入大楼，在进入每一个房间前都先投入一颗手榴弹，然后冲入房间用自动武器横扫，逐屋肃清残敌。与此同时，另一个强击群则在攻击邻近的大楼，以使其不能以火力支持友邻。在柏林巷战的日日夜夜里，这样的场景反复不断的在柏林各处上演。
4月27日，柏林的争夺战已经向市中心一带转移。由于不熟悉地形，苏军在柏林巷战中主要以小规模的强击群作战，在付出了血的代价后，苏军的强击群十分注意避开笔直的大街，专走斜街小巷，利用旁门后院以及在房屋中打穿的豁口进行穿插。而为了对付苏军的强击群和空前强大的火力，德军的防御部队只能采取“打了就走”的战术，用手榴弹、铁拳、机枪和迫击炮对苏军进行灵活的狙击和偷袭。
4月29日零时30分，苏军第171师和第150师开始强渡施普雷河。第171师经过1小时激战，渡过了施普雷河。第150师到凌晨的时候也强渡成功。这时，挡在苏军进攻部队和国会大厦之间的是昔日党卫队头子希姆莱掌握的内务部所在的吉姆勒宫。4月29日白天和夜间，第171师和第150师的两个团为夺占内务部大楼展开了激烈战斗。这座红砖砌成的6层大楼已经被烟火熏得黑糊糊的。大楼的所有的角落都成了血腥的战场。在这里手榴弹、刺刀和冲锋枪成了最有效的武器。到29日午夜，苏军在又投入1个团的兵力之后才彻底占领了大楼。这时，已经是4月30日凌晨4时了。
在巷战残酷进行时，柏林防卫长官魏德林曾带着突围计划去见希特勒，可元首拒绝突围。他告诉魏德林，即使逃出柏林，也只不过是从一个“大锅”跳到另一个“大锅”。而且作为德国国家元首，他不能容忍呆在露天或者农舍里坐以待毙的命运。4月30日，希特勒自杀毙命（据认为是15时以后，一说是15时30分，一说15时50分）。
5月1日晚，苏军最后肃清了国会大厦的残敌，乌克兰第1方面军与白俄罗斯第1方面军在市内很多地方会师。5月2日零点40分，苏军电台收到了德军要求停火的呼叫。早上7点左右，柏林城防司令魏德林炮兵上将来朱可夫的指挥所。他告诉朱可夫戈培尔已经自杀，然后向柏林城防部队下达了立即停止抵抗的命令。5月2日15点，柏林城防部队全部放下武器，柏林巷战和整个柏林战役正式结束。
就这样，第三帝国的首都仅仅抵抗了一周时间就落入了苏军之手。
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整个战役，苏军共消灭德军93个师，俘获官兵约48万人，缴获火炮8600门、坦克和自行火炮1500余辆、飞机4500架。苏军损失30.4万人、坦克和自行火炮2156辆、火炮1220门和飞机527架。虽然苏军也有巨大的损失，但法西斯德国就此灭亡。
此役，苏军在作战上的显著特点是：以绝对优势的兵力兵器在宽大正面上实施多路进攻和迅猛突击，并使用大量的坦克军和机械化军参加突破与远距离突击；对敌军集团采取先分割而后各个歼灭的战术；市区战斗中，广泛组织强击支队和强击群实施激烈的巷战和夜战。
攻克柏林不仅在军事上，而且在政治上具有极其重要的意义。当柏林被攻克的消息传出后，全世界人民都为之振奋，而德军的战斗士气则迅速土崩瓦解。在柏林被攻克5天之后，德国就宣布投降了。
纳粹德国元首希特勒在战役过程中自杀，战役结束时，德国最高统帅部代表德国宣布投降。这次战役的胜利结束，标志着德国法西斯的彻底灭亡，也是全世界反法西斯战争胜利进程的重要里程碑。
对苏军柏林战役的这一阶段，结合历史来认真地加以研究和分析，就能看出，朱可夫关于推迟向柏林突击的理由无疑是有根据的。
——美国历史学家加钱尼
柏林之战是具有决定意义的。我们的进攻是出乎敌人的压倒打击；德国人没有料到这样强大的攻击，抵抗迅速瓦解了。
——苏联元帅朱可夫
如果我注定是要失败的话，那么就让德意志民族也灭亡吧，因为它完全辜负了我。
——德国阿道夫·希特勒