德军神勇的表现，使得苏军的处境更加的不妙，这场战役--哈尔科夫战役拉开了斯大林格勒会战的序幕，德军在克里木和哈尔科夫的胜利使苏联來之不易的预备队消耗殆尽，南翼受到严重削弱，德军重新夺回部分战略主动权，暂时处于优势地位，德军夺取了巴尔文科沃突出部，为即将发动的攻势占据了有利的进攻出发阵地。
1942年6月28日，德国包克b集团军群左翼霍特第4装甲集团军和魏克斯第2集团军突然从库尔斯克东北向东攻击，对苏联的布良斯克方面军的第13和40集团军实施了突击，目标直指顿河上游的沃罗涅日，6月30日，德国右翼保卢斯第6集团军也从哈尔科夫东北发起了进攻，以斯大林格勒为目标向东南挺进，并突破苏联第21和28集团军防御，在沃罗涅日方向上苏军所有方面军的预备队都投入作战，最高统帅部还抽调第6、第60集团军和坦克第5集团军加强布良斯克方面军，随着预备队不断投入，沃罗涅日方面局势稍有缓和，但沒有消除德军突破顿河以及沿顿河向斯大林格勒方面突击的严重风险。
月2日，霍特第4装甲集团军的前锋已逼进沃罗涅日，但希特勒不知道脑袋是不是出现的了问題，再次发布了让前线将军们差异的命令，并且突然改变了计划，决定不占领该城，他命令霍特在获得第2集团军的接替后，迅速转向南面沿顿河向斯大林格勒前进。虽然这么做包克元帅却想占领沃罗涅日，以彻底歼灭该地域内的苏布良斯克方面军主力，这使希特勒大为恼怒，当即撤消了包克元帅的b集团军群司令之职，由第2集团军司令魏克斯上将接任，第2集团军司令则由萨姆斯将军继任，德军按照希特勒的指示绕过了这座城市。虽然这样做并沒有给与德军造成什么不好的影响，但是希特勒明显已经开始志得意满了，南面高加索方向，利斯特a集团军群于7月9日发起进攻，其左翼克莱斯特第1装甲集团军从哈尔可夫南面向顿尼兹河北岸进击，鲁夫第17集团军则从塔甘罗格北面向伏罗希洛夫格勒进攻，同时，匈牙利第2集团军和第4装甲集团军也对佛罗尼斯发动了突袭，并在7月5日攻陷该城。
德军的进攻非常成功，苏联军队在空旷的大草原上很难进行有效的抵抗，苏军后撤达100-300公里，顿河及顿巴斯盆地最富饶的地区均落入德军之手。
然而，第6集团军在战役初期就取得令人满意的战果再次使希特勒脑袋抽风，在不征求前线将领意见的情况下，希特勒再次改变了计划，他认为攻占斯大林格勒无需那么多兵力，遂于17日命令霍特第4装甲集团军从斯大林格勒方向南下，转隶a集团军群，以支援克莱斯特第1装甲集团军强渡顿河下游，这样，斯大林格勒方向的进攻部队就只剩下了保卢斯的第6集团军（辖有6个军，含2个装甲军，计14个师约27万人，近500辆坦克，3000门火炮和迫击炮，由第4航空队1200架作战飞机进行支援），由于交通等问題，第6集团军的前进步伐有所放慢，给了苏军一定的准备时间，小何样的改变让焦头烂额的斯大林欣喜若狂，相信要是小胡子希特勒在大胡子斯大林面前，斯大林绝对会亲希特勒一口，沒见过这么给与敌人休养生息的对手，英国是这样，现在轮到自己了还是这样，相信斯大林心中一定在感慨，希特勒同志是好人啊！毕竟对于以自己名字命名的城市，斯大林绝对不允许他陷落。
苏军最高统帅部经过细致的分析开始逐渐明确德军的意图，决心在斯大林格勒组织坚守，7月12日在西南方面军的基础上组建了由铁木辛哥元帅为司令员（7月23日起改由戈尔多夫中将接替），赫鲁晓夫任军事委员会委员的斯大林格勒方面军，担负斯大林格勒方向的防御任务，其编成内有从苏军战略预备队调來的第62、第63、第64集团军和原西南方面军的第21、28、38、57集团军残部，坦克第1和第4集团军（下辖第13、第22、第23坦克军，仅有坦克240辆），以及空军第8集团军、海军伏尔加河区舰队。
斯大林格勒方面军，编制内共有38个师，但只有16个师（第62、63集团军的全部，第64集团军2个师，坦克第1、第4集团军各1个师）能够占领主要地带的防御阵地，其任务是固守巴甫洛夫斯克至库尔莫亚尔斯卡亚的长约530公里、纵深为120公里的防御地带，当面之敌为保卢斯的第6集团军和下辖的18个齐装满员师，当时双方力量对比为，人员1:1.2，坦克1:2，飞机1:3.6，火炮和迫击炮大致相等，德军实力占优。
在高加索方向，原南方方面军在撤退时遭到严重损失，原有的4个集团军只剩下10多万人，最高统帅部决定撤销南方方面军，并将所有部队编入北高加索方面军，由苏联元帅布琼尼任司令员，北高加索方面军的第37和12集团军受领了掩护斯塔夫罗波尔方向的任务，第18、56、47集团军则受领了掩护克拉斯诺达尔方向的任务，7月底至8月初，兵力上占优势的德军顽强地向前推进，很快进抵库班河，8月，在迈科普方向上，交战也激烈起來，8月10日，德军攻占了迈科普，11日又攻占了克拉斯诺达尔，8月中旬，占领了莫兹多克，前出到捷列克河，到9月9日，德军将第46集团军击退后，占领了几乎全部山口，苏呼米面临着严重的危险。
经过一段时间的调兵遣将，7月17日，苏德双方在斯大林格勒接近地展开了激烈的交战，会战正式开始，德军第6集团军在保卢斯上将指挥下，以第8步兵军和第14装甲军为北突击集团，以第51步兵军和第24装甲军为南突击集团，突击苏军62集团军防御实施包围，向卡拉奇方向发展进攻，同时，以部分兵力向苏军第64集团军发起佯攻，以吸引苏军的注意力。
7月23日，德军突破苏军第62集团军右翼防线，合围了该集团军的2个师，前出到斯大林格勒西面的顿河河岸，7月25日，德军对由苏军第64集团军的右翼阵地发起攻击，企图在卡拉奇附近强渡顿河，次日，苏64集团军被迫退过顿河。
斯大林再也按捺不住对年迈的铁木辛哥元帅的失望，毕竟就是马屁拍的再好也止不住自从进攻芬兰的时候开始就从來沒有取得过像样的胜利，现在更是屡战屡败的现实，失望之下，斯大林撤消了他斯大林格勒方面军司令员的职务，由第64集团军司令戈尔多夫中将接任，并派总参谋长华西列夫斯基上将作为最高统帅部代表前往斯大林格勒协助指挥战事，斯大林还决定将预备队的坦克第1和第4集团军火速调往斯大林格勒地域。
随后，为了增强斯大林格勒守军的斗志，斯大林于7月28日发布了第227号命令，凡是不服从命令而离开战斗岗位或者撤退的军人都将被枪毙，并严厉要求苏军部队“绝对不许后退一步！”斯大林相信在选择被敌人打死和被自己人打死的选择題面前，只要脑袋沒有锈掉的人都不会选择错。
在苏联军队疯狂身之后写失心疯的反击防守之下，德第6集团军由于缺少装甲兵力的支援，被迫转入防御态势，德军在行进间占领斯大林格勒的计划被粉碎，但此时顿河西岸苏军的处境非常困难，两翼都陷入了德军包围，28日，坚持不住的苏军终于违反了斯大林的命令从罗斯托夫撤退，好在斯大林这次沒有大规模的进行清洗，苏联现在也缺少兵员啊！
7月30日，脑袋在前一段时间一直间歇性抽风的希特勒似乎恢复了正常，再次那照原定的计划作了一个影响命运的决定，在他的鹰巢中的一次作战会议上他宣布：“因为高加索的命运是将要在斯大林格勒决定，所以由于这个会战的重要性，遂有从a集团军群抽调兵力以增强b集团军群之必要！”于是，霍特的第4装甲集团军又归还给b集团军群，并于8月1日奉命沿科捷尔尼科沃，，斯大林格勒铁路向东北方向进击，当天迅速突破了苏第51集团军的防线，占领了蒙特纳亚。
8月3日，霍特攻占了科捷尔尼科沃，接着又于5日突破了苏第64集团军的防御，前出到阿勃加涅罗沃地域，在这时候，接到斯大林死命令的苏军的抵抗和反击也越來越疯狂和顽强，霍特只好放弃了独立攻占斯大林格勒的想法，于8月9日转入守势，