Наступление немцев проводилось «уступом» как в пространстве, так и во времени. В соответствии с планом оно должно было идти на всем немецком фронте в южной России, проходившем от района Таганрога вдоль р. Донец и далее в направлении Харькова и Курска. Этот фронт располагался уступом. Войскам левого крыла предписывалось перейти в наступление первыми, а войскам правого крыла — выжидать, пока левое крыло не выйдет на одну линию с ними. Своими активными действиями войска правого крыла должны были сковать силы русских и ослабить их сопротивление войскам левого крыла.
На правом крыле наступала 17-я армия, взаимодействовавшая с 11-й армией в Крыму. Левее и несколько сзади 17-й армии действовала 1-я танковая армия. После 9 июля эти две армии составили группу армий «А» под командованием Листа и имели задачу вторгнуться на Кавказ. Левее ее действовала группа армий «Б» под командованием Бока, имевшая в своем составе 4-ю танковую армию, 6-ю и 2-ю армии, а также венгерскую 2-ю армию. Решающие удары должны были нанести две танковые армии на левом фланге немецких войск по наиболее выдвинутым вперед позициям русских. 1-я армия наносила из района Харькова, а 4-я — из района Курска. «Пехотные» армии предполагалось использовать во втором эшелоне.
Главному наступлению непосредственно предшествовал штурм крепости Севастополь, начавшийся 7 июня. Штурмовала Севастополь 11-я армия под командованием Манштейиа. Русские оказали упорное сопротивление. Немцы, обладая превосходством в силах, в конце концов одержали верх. 4 июля Севастополь, а вместе с ним и весь Крым, оказался в руках немцев. Русские лишились своей главной военно-морской базы на Черном море, однако их флот продолжал действовать.
За операцией в Крыму последовал еще один важный отвлекающий удар. Его нанесли неподалеку от района, где готовился главный удар. 10 июня немцы, воспользовавшись изюмским клином, форсировали р. Донец и захватили плацдарм на северном берегу. Постепенно расширив его, 22 июня они нанесли с него мощный танковый удар в северном направлении и через два дня вышли к узловой станции Купянск, примерно в 40 милях севернее Донца.
На левом фланге направления главного удара в течение нескольких дней велись упорные бои, затем резервы русских были исчерпаны, и 4-я танковая армия прорвалась на участке между Курском и Белгородом. После этого наступающие войска стремительно прошли около 100 миль по равнинной местности к р. Дон в районе Воронежа. Казалось, немцы намечали нанести прямой удар через верховья Дона и далее за Воронеж, чтобы перерезать рокадную железную дорогу, соединяющую Москву со Сталинградом и Кавказом. В действительности же немцы не планировали этого.
Немецким войскам было приказано остановиться после выхода к Дону и создать здесь оборонительный рубеж для прикрытия фланга войск, продолжавших наступление в юго-восточном направлении. Подошедшая венгерская 2-я армия сменила 4-ю танковую армию, последняя повернула на юго-восток по коридору между Доном и Донцом. За ней последовала 6-я армия с задачей взять Сталинград.
Вся эта серия операций на левом крыле служила маскировкой готовящегося удара на правом крыле. Пока внимание русских было сосредоточено на ударе из района Курска на Воронеж, 1-я танковая армия Клейста нанесла более опасный удар из района Харькова. Этому благоприятствовал тот факт, что русские войска не успели укрепить свои позиции после того, как было остановлено их наступление. Не менее важное значение имело также вклинение немцев в позиции русских в районе Купянска. Прорвав оборону, танковые дивизии Клейста двинулись на восток по коридору между Доном и Донцом и вышли к Чертково на железной дороге, соединяющей Москву с Ростовом. Далее, повернув на юг, прошли Миллерово и Каменск, продвигаясь к низовьям Дона в районе Ростова.
На левом фланге этого направления 22 июля немцы форсировали реку и продвинулись от исходных рубежей на 250 миль. На следующий день на правом фланге этого же направления немцы вышли к оборонительному рубежу русских у Ростова и прорвали оборону этого города. Расположенный на западном берегу Дона, город оказался легко уязвимым для подобного рода ударов. С захватом Ростова была перерезана важная линия снабжения с Кавказа, и теперь обеспечение русских армий нефтью стало зависеть от возможности ее доставки на танкерах по Каспийскому морю и по новой железной дороге, быстро проложенной по степям восточнее его.