План операции был следующим. Крупные танковые силы ударом из района Изюм (1-я танковая армия) и юго-восточнее Харькова (4-я танковая армия) должны были прорваться в район между Северным Донцом и Доном. 6-я и 2-полевые армии имели задачу начать наступление одновременно с танковыми армиями и выйти к Дону на участке Новая Калитва, Воронеж. Когда немецкие танки начнут стремительно продвигаться вперед, должна была перейти в наступление и 17-я армия, несколько дальше других армий выдвинутая на восток.
От успеха прорыва зависел выбор дальнейших целей наступления. В принципе с самого начала планировалось, что группа армий «А», сделав захождение левым крылом, выйдет к нижнему течению Дона, а группа армий «Б» на возможно более широком фронте достигнет Волги по обе стороны Сталинграда. Для Гитлера главная цель этих операций, помимо стратегических соображений, заключалась в захвате нефтяных районов Кавказа.
Захват плацдармов на восточном берегу Северного Донца в районе Изюма и Чугуева в ходе преследования русских после сражения за Харьков обеспечил танковым армиям благоприятные исходные позиции.
28 июня началось наступление. Несмотря на ожесточенное сопротивление русских на отдельных участках, оно вначале развивалось по намеченному плану. Немецкие войска прорвали фронт на всем протяжении от Изюма до Курска и стали преследовать отступающего противника, который стремился прикрыть свой отход крупными танковыми силами. 5 июля 2-я армия подошла к Воронежу и двумя днями позже после ожесточенных боев захватила плацдарм на противоположном берегу Дона. Затем ей пришлось выдержать сильные контратаки русских с фронта и северного фланга. Левое крыло наступающих немецких войск было уже остановлено ожесточенным сопротивлением русских. которые всеми силами стремились помешать продвижению немцев за Дон.
Продвигавшаяся в центре 4-я танковая армия и танковые соединения 6-й полевой армии примерно к 10 июля достигли района Кантемировки, вышли к Дону между Новой Калитвой и Острогожском и создали несколько плацдармов на восточном берегу реки. Немного позже 1-я танковая армия, продвигаясь своим южным флангом вдоль Северного Донца, захватила район Миллерово. В это время в сводке германского верховного командования сообщалось о том, что в ходе наступления, начавшегося 28 июня, в районе западнее Дона противник потерпел решительное поражение. Число пленных составляло 88 689; было захвачено или уничтожено 1007 танков и 1688 орудий. Но эти цифры были поразительно низки. Их никак нельзя было сравнить с потерями русских не только в 1941 г., но даже еще в сравнительно недавних боях под Харьковом. Это, несомненно, показывало, что в действительности в районе западнее Дона решающих успехов добиться не удалось.
Противник изменил свою тактику. В начале июля Тимошенко отдал приказ, в котором указывал, что теперь хотя и важно нанести противнику тяжелые потери, но прежде всего необходимо избежать окружения. Важнее, чем оборона каждой пяди земли, является сохранение целостности фронта. Поэтому главное не удержание любой ценой своих позиций, а постепенный и планомерный отход.
Следовательно, в этом районе русским было важнее спасти свои соединения, чем удержать территорию. Тем требованиям, которые предъявляла новая тактика к русским командирам частей и подразделений, последние отвечали лишь в ограниченной степени. Кроме того, темп продвижения наступавших в восточном и юго-восточном направлении подвижных соединений был слишком большим, чтобы русским удалось полностью оторваться от преследовавших их немецких войск и планомерно отойти. Но так как ни одного котла образовать не удалось и немецкие армейские корпуса могли вести только фронтальное преследование, то новая тактика русских, конечно, больше способствовала сохранению их сил, чем попытка оборонять словно специально заданную для танков обширную открытую местность между реками Северный Донец и Дон.
В середине июля немецкие танковые армии стали наступать по разным направлениям. 4-я танковая армия, продвигаясь своим левым флангом вдоль Дона, вышла в большую излучину Дона западнее Сталинграда и в конце месяца ходе непрерывного преследования достигла Калача и Клетской, где противник оказал энергичное сопротивление. Чтобы сломить это сопротивление, решилось ждать подхода 6-й армии, которая форсированным маршем продвигалась по правому берегу Дона. 1-я танковая армия из района Миллерово свернула на юго-восток и к исходу месяца стояла уже у Дона между Новочеркасском и Цимлянской.
17– я армия в начале июля начала наступление из района Сталино, 17 июля левым флангом заняла Ворошиловград, а центром и правым флангом вышла Дону по обе стороны Ростова, имея своим левым соседом 1-ю танковую армию.