Когда вечером 2 июля оперативная группа штаба Брянского фронта, отправившаяся в Воронеж руководить растянувшимся на восток левым флангом, прибыла в город, офицеры увидели там пугающую картину, до боли напоминавшую кошмарное лето годичной давности. Повсюду виднелись следы бомбежки, многие здания лежали в руинах, в небо поднимались огромные столбы дыма от пожарищ, которые почему-то никто не тушил. На улицах повсюду валялись трупы лошадей и обрывки проводов, а по шоссе, ведущему на восток, тянулись бесконечные вереницы беженцев, в основном женщины, обвешанные узлами, и плачущие дети. Начитавшись в газетах пропагандистских статей о лютых зверствах гитлеровцев на оккупированных территориях, большинство жителей Воронежа, узнав о приближении немцев, в панике бежали из города.
Уже вечером 3 июля, преодолев за шесть дней 130 км от исходных позиций, передовые подразделения 24-й танковой дивизии и дивизии «Гроссдойчланд» достигли Дона в районе городков Семилуки и Гремячье. К тому моменту 40-я советская армия была полностью разгромлена и разделена на три изолированные части. Некоторые подразделения отошли на юг, несколько дивизий оказались в тылу у противника в районе Касторного, а на восточный берег Дона успела отойти лишь 232-я стрелковая дивизия. Поэтому уже утром следующего дня немцы, не встречая сопротивления, форсировали реку, а к вечеру группа автоматчиков проникла в рощу Длинная, расположенную на южной окраине Воронежа, откуда стала обстреливать улицы города. Им удалось подстрелить даже несколько высокопоставленных офицеров, в частности, был ранен начальник управления артиллерии Брянского фронта генерал-майор Дмитриев. Наступление активно поддерживали «церштореры», которые с малой высоты бомбили и обстреливали позиции советских войск, дороги и тылы. Они же снова понесли серьезные потери, в районе Воронежа зенитным огнем были сбиты Bf-110E-1 W.Nr. 4018 «2S+LN» и Bf-110E-2 W.Nr. 4403 «2S+CP» из II./ZG2. Оба экипажа погибли. Еще два сто десятых были подбиты советскими истребителями.
В этой кампании немецкие «церштореры», можно сказать, обрели «вторую молодость», став одним из основных самолетов поддержки сухопутных войск наравне со «Штуками» и «Хеншелями». Причем они в прямом смысле слова играли роль «разрушителей», обстреливавших войска на марше, подавлявших артиллерию, атаковавших железнодорожные эшелоны, аэродромы и дороги в тылу противника. Но они же несли и самые высокие потери. Только за первую неделю операции «Блау» – с 28 июня по 4 июля – ZG1 и ZG2 потеряли 23 Bf-110, из которых 7 было сбито огнем с земли, 6 пропало без вести и как минимум 3 сбиты и подбиты советскими истребителями. Еще несколько «церштореров» отделались повреждениями.
Согласно первоначальному плану операции «Блау», немецкие войска не должны были ввязываться в бои за Воронеж, а сразу поворачивали на юг. Однако командующий группой армий «Зюд» генерал-фельдмаршал фон Бок все же не смог преодолеть соблазн захватить город, который ему не удалось взять в ноябре 41-го. К тому же он находился на возвышенности, господствовавшей над всей окружающей местностью, и был удобен в плане создания новой оборонительной линии. Доверившись оптимистическим докладам военных, Гитлер в итоге принял компромиссное решение: все танковые дивизии отправить на юг – вдоль Дона, а пехоте продолжать наступление на Воронеж.
5 июля люфтваффе осуществили массированные налеты на город и его окрестности, продолжавшиеся с утра до поздней ночи, а также линии связи и железнодорожные перегоны Воронеж – Грязи, Воронеж – Лиски, Отрожка – Мичуринск и другие. Пикирующие бомбардировщики и «церштореры» бомбили и обстреливали эшелоны с эвакуируемым имуществом, ранеными и беженцами, местами полностью парализовав движение. «На станции Тресвятская движение было парализовано прямым попаданием авиабомб в железнодорожное полотно и служебные помещения, – сообщает журнал боевых действий 83-го отдельного строительного железнодорожного батальона, прибывшего на Юго-Восточную железную дорогу в начале июля. – Были разрушены все станционные пути. Были разбиты и сгорели 20 вагонов. Перегон Сомово – Тресвятская был парализован прямым попаданием авиабомб в стоящие эшелоны, эвакуируемые с народным достоянием и ценностями города Воронеж: и ранеными бойцами и командирами Красной армии. Эшелоны стояли почти один за другим от станции Отрожка до станции Графская. Эшелонами, идущими к фронту, с танками и другим военным грузом, была занята железнодорожная линия от станции Грязи до станции Графская. Таким образом, была выведена из строя железнодорожная линия, питающая весь Воронежский фронт». На 155-м км перегона Сомово – Тресвятская масштабы разрушений были такими большими, что железнодорожники не стали восстанавливать пути, а проложили их в обход.