此时，苏军通信与物资供应面临明显的威胁，苏军部队自身也面临着被包围的危险。同时，德军从南北两面对苏军第28集团军两翼实施反突击。5月19日，铁木辛哥命令部队在巴尔文科沃突出部转入防御，但这一决心已为时过晚。哈里托诺夫指挥的苏军第9集团军全线崩溃，苏军左翼被德军突入80公里。为了应对这种致命的威胁，格罗德恩扬斯基指挥苏军第6集团军向保卢斯的德军第6集团军发起攻击。20日，双方都在对巴尔文科沃突出部和突出部周围的部队进行调整。苏联军队的行动因为德国空军的骚扰和糟糕的通讯条件而一再遭受妨碍。22日，德国军队试图完全卡死这个包围圈，铁木辛哥的反应是命令第38集团军的主力部队去向西突破德军的防线并恢复与德军包围圈内部队的接触，但未成功。23日，克莱斯特集群与德军第6集团军在巴拉克列亚以南会合，切断了苏军由巴尔文科沃突出部向北顿涅茨河对岸退却的道路，将苏军第6与第57集团军的全部以及第9与第38集团军的部分部队包围。不仅如此，已经完成了包围圈的德国军队还进一步试图加宽封锁带。克莱斯特的装甲战斗群从第14个装甲师战区向东拓宽了这个包围圈的外圈。同时第60摩托化步兵师，第384、第389步兵师和第100轻步兵师向西成扇形展开牢牢的挡住了包围圈内的敌人退路。
5月25日包围圈内的苏军用最后一点实力向东发起了攻击，妄图突围，但遭受了德国炮火和连续的空袭。尽管这样，在遭受了重大损失后，突围部队还是冲破了德第60摩托化步兵师和第389步兵师的防线。29日，苏军第6、第9和第57集团军主力，包括20个步兵师、7个骑兵师和14个坦克旅的大部被围歼。只有约2.2万人的苏联突围部队冲破了德第384步兵师的后方并和苏第38集团军恢复了联系。
至5月29日，被围苏军大部分被歼。苏军西南方面军副司令员科斯坚科中将、第57七集团军司令员波德拉斯中将、9集团军司令员戈罗德扬尼斯中将、战役集群司令员博布金少将阵亡。苏军共25万人被俘，损失坦克1249辆，火炮2026门。
几乎与此同时，苏军在克里米亚也遭失败。在德军进攻的12天里，曾在兵力上拥有很大优势的克里米亚方面军损失176566人，347辆坦克，3476门火炮和迫击炮，400架飞机。这是红军的又一次惨败。
哈尔科夫战役拉开了斯大林格勒会战的序幕，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。
■“蓝色计划”
莫斯科会战后，德军士气开始下降。兵员和物资日感不足，其仆从国匈牙利、罗马尼亚以及意大利也产生了疑虑。希特勒被迫放弃了全面进攻计划，决定于1942年夏季，集重兵于苏德战线南翼。同时，向高加索和斯大林格勒实施重点进攻。因为斯大林格勒是苏联内河航运干线——伏尔加河上的重要港口，又是苏联南方的一个铁路交通枢纽和重要工业城市，拥有一家大型拖拉机厂——斯大林格勒拖拉机厂。斯大林格勒以西、以南是广阔富饶的顿河下游流域、库班河流域和高加索地区，是苏联粮食、石油和煤炭的重要产区。1941年，德军占领乌克兰后，斯大林格勒成为苏联中央地区通往南方重要经济区域的唯一交通咽喉，战略位置极为重要。如果德军占领这一地区，苏联就会失去战争所需要的石油、粮食和重要的工业基础，而德国此时也迫切需要这些资源。
1942年4月5日，希特勒发布了第41号训令。训令规定：在中路放慢进攻速度；在北面，应攻陷列宁格勒，并与芬兰军队建立陆上联系；在战线南翼，应突入高加索地区。考虑到冬季会战的后果，可能使用的兵力兵器和运输状况，上述目标只能逐步达到。因此，目前应把所有可以动用的兵力集中到南段主要作战方向，旨在歼灭顿河前面的敌人，接着占领高加索地区的油田和通往高加索山脉的通道。
为实施上述战略意图，德军最高统帅部新组建了Ａ、Ｂ两个集团军群。Ａ集团军群由利斯特元帅指挥，下辖克莱斯特上将的第1装甲集团军和鲁夫上将的第17集团军，由空军第4航空队进行空中支援，其任务是攻占高加索地区；Ｂ集团军群由博克元帅指挥，下辖霍特上将的第4装甲集团军、魏克斯上将的第2集团军和保卢斯上将的第6集团军，由空军顿河地区航空队进行空中支援，其任务是攻占斯大林格勒，掩护Ａ集团军群的北翼。在Ａ、Ｂ两个集团军群的后方，又有第二线兵力，由匈牙利第2集团军、意大利第8集团军和罗马尼亚第3集团军组成。此外，在克里米亚地区，还有曼施坦因上将的第11集团军和罗马尼亚第4集团军。总兵力计60个德国师，其中10个装甲师、6个摩托化师，另外还有43个师的附庸国部队。
按照希特勒的要求，德军最高统帅部拟定了1942年夏季南方作战计划，代号“蓝色行动”。其主要内容是：利斯特A集团军群以克莱斯特第1装甲集团军为左翼，鲁夫第17集团军为右翼，分别从哈尔可夫南面和塔甘罗格北面向东和东南方向进攻，占领顿河下游的罗斯托夫，向南进军以控制高加索地区的油田；包括B集团军群以霍特第4装甲集团军和魏克斯第2集团军为左翼，保卢斯第6集团军为右翼，分别从库尔斯克南面和哈尔可夫北面向东和东南方向突击，占领顿河上游的沃罗涅日，向斯大林格勒前进。
由此看来，双方都在厉兵秣马，准备更大规模的战役，以争夺战略主动权。一场战争即将爆发。
■顿河在燃烧
德军对苏联南部的进攻始于1942年6月28日，紧随其后的是其盟军意大利、罗马尼亚和匈牙利军队，他们的任务是确保德军绵长侧翼的安全。苏军的前线部队在德军的闪击下很快崩溃了，德军势不可挡地冲向南俄的最后一道屏障——伏尔加河。
6月28日，博克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向东攻击，直指顿河上游的沃罗涅什。此时，苏军采取了机动灵活的防御战，有条件就打，没有条件就主动撤退，避免陷入包围。6月30日，右翼保卢斯第6集团军也从哈尔科夫东北发起了进攻，向东南挺进，以斯大林格勒为目标。在沃罗涅日方向上苏军所有方面军的预备队都投入作战。随着预备队的不断投入，沃罗涅日方面局势稍有缓和，但没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。
7月2日，霍特第4装甲集团军的前锋已逼近沃罗涅什。但希特勒却突然决定不占领该城，他命令霍特在接替第2集团军后，迅速转向南面沿顿河向斯大林格勒前进。博克元帅却想占领沃罗涅什，以彻底歼灭该地域内的苏布良斯克方面军主力。希特勒大为恼怒，当即撤销了博克的Ｂ集团军群司令之职，由第2集团军司令魏克斯上将接任。利斯特Ａ集团军群于7月9日向高加索方向发起进攻。其左翼克莱斯特第1装甲集团军从哈尔科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。由于刚在哈尔科夫之战中吃过德军合围的亏，苏军的许多部队生怕再陷入包围，所以仓惶后撤。
7月17日，霍特第4装甲集团军推进到顿河中游，保卢斯第6集团军也前出到顿河大弯曲部。在高加索方向，克莱斯特第1装甲集团军渡过了顿尼兹河，向顿河下游的罗斯托夫前进，鲁夫第17集团军则占领了伏罗希洛夫格勒。然而，让人没想到的是希特勒又一次改变了计划，命令霍特第4装甲集团军从斯大林格勒方向南下，转属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，就只有保卢斯的第6集团军在进攻斯大林格勒了，然而第6集团军的行动却又有赖于第4装甲集团军的合作。
保卢斯的第6集团军继续向斯大林格勒前进。该集团军辖有6个军，其中两个装甲军，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。
7月12日，苏军最高统帅部在西南方面军原有基础上组建了斯大林格勒方面军，铁木辛哥元帅任司令员，担负斯大林格勒方向的防御任务。该方面军编成内有从大本营预备队调来的第62、第63、第64集团军，原西南方面军的第21、第28、第38、第57集团军残部，第13、第22、第23坦克军，以及空军第8集团军和海军伏尔加河区舰队。计12个师约16万人、2200门火炮和迫击炮、近400辆坦克和454架飞机。
1942年7月17日，苏德双方在斯大林格勒附近展开了激烈的交战，会战正式开始。从7月17日到22日，德第6集团军开始猛攻第62、63集团军阵地。这些战斗是斯大林格勒战役的开始。
7月23日，德军突破苏军第62集团军右翼，合围了该集团军的２个师，攻击到斯大林格勒西面的顿河河岸。面对此种形势，斯大林立即撤销了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，又从远东调来10个师加强斯大林格勒的防御。
1942年7月28日，斯大林为阻止军队的溃退作了一次近乎绝望的尝试，发布了第227号命令：“苏联官兵必须坚守苏联的每一寸土地，直到流尽最后一滴血。”秘密警察也被安插在苏联前线部队的后方，用来处决任何放弃抵抗和撤退之人。但是，尽管苏斯大林格勒方面军的第62，64集团军尽了最大努力，但还是不能阻止德军对斯大林格勒的进攻。
7月30日，希特勒又作了一个影响命运的决定。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，但之后遭到了苏军越来越顽强的抵抗和反击，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。
8月5日，苏军最高统帅部决定将斯大林格勒方面军改组为东南、斯大林格勒两个方面军，由华西列夫斯基上将统一指挥。东南方面军由叶廖缅科上将指挥，编成内有第64、第57、第51集团军，以及坦克第1集团军、坦克第13军和空军第8集团军。斯大林格勒方面军仍由戈尔多夫中将指挥，编成内有第63、第62、第21集团军，以及坦克第4集团军、坦克第28军和空军第16集团军。
8月19日，保卢斯和霍特重新发起了进攻。保卢斯第6集团军从斯大林格勒西北面的特列赫奥斯特罗夫卡亚向东南攻击，22日，突破苏第62集团军在韦尔加奇和彼斯科瓦特卡地段的防线，强渡顿河，占领了卡拉奇。
8月23日，德第6集团军的先头部队已进抵伏尔加河，斯大林格勒北部，并沿河占领了宽8英里的狭长地带，德军的坦克和炮兵已经开始攻击苏军的船只。这一天，德国飞机对斯大林格勒进行了疯狂的轰炸，一昼夜出动飞机2000多架次。城市遭到严重破坏，满城一片火海。在随后的几周里，第4航空队的数百架轰炸机持续猛烈轰炸这个城市，摧毁了这个城市的几乎每一栋建筑。斯大林格勒战役正式开始。
■战役打响
在最初几天的战斗中，斯大林格勒守军从一开始就进行了疯狂的抵抗，但面对德军的疯狂进攻，苏军越来越意识到形势的严峻。为此，斯大林在这样一个紧急关头，起用了朱可夫，让他坐镇指挥这一战役，并决定立即调拨第24、第66集团军和近卫第1集团军开赴斯大林格勒。8月29日，朱可夫飞到斯大林格勒，立即着手组织第24、第66集团军和近卫第1团军的反击行动。
9月3日，斯大林格勒的形势恶化了。德军距斯大林格勒仅3公里。如果北部集团部队不立即援助，斯大林格勒就有可能在随后一两天被攻占。斯大林格勒剩下的飞机很少了。9月5日拂晓，朱可夫将3个新锐集团军投入反击。激烈的战斗持续到傍晚，苏近卫第1集团军才前进了2～4公里，而第24集团军几乎仍停留在原阵地。9月6日，苏军再次发起冲击，但是，这次冲击又一次被德军击退了。9月10日，苏军试图从北面实施突击，恢复同第62集团军的联系，又遭到失败。9月12日，斯大林召集朱可夫和华西列夫斯基开会，讨论斯大林格勒的局势，他们一致认为必须寻求另一种解决办法。
在高加索方向，利斯特Ａ集团军群正以高速前进。8月9日，克莱斯特第1装甲集团军占领了梅柯普油田。8月22日，克莱斯特的士兵在海拔5600多米的厄尔鲁斯山峰上升起了第三帝国的万字旗。8月25日，克莱斯特部又攻占了莫兹多克，距格罗兹尼四周的苏联最大产油中心只有50英里，距里海也只有100英里。8月31日，希特勒要求Ａ集团军群司令利斯特元帅倾其所有的力量向格罗兹尼作最后进攻，尽快拿下油田。但未能如愿。为此，9月9日，希特勒免去了利斯特元帅的Ａ集团军群司令的职务，由第1装甲集团军司令克莱斯特上将接任，第1装甲集团军司令则由麦肯森将军继任。克莱斯特上任后，虽然竭尽全力，也无法再前进一步。这里最主要原因是缺乏燃油。
德军在苏联南部的战线是从库尔斯克和沃罗涅什起，通过斯大林格勒到莫兹多克，长达2000公里以上。再加上从库尔斯克到列宁格勒之间的1280公里，德军在苏联的战线全长已在3200公里以上，而以德国的兵力和资源，根本就不足以维持如此长的战线。这也是前面没有冲击力的原因。