Осуществить эти планы в сжатые сроки было трудно, так как требовалось определенное время для перегруппировки сил и пополнения войск, предназначенных для наступления на направлении главного удара. Намерение Гитлера начать его уже в середине сентября оказалось неосуществимым. Начало наступления основных сил пришлось перенести на 2 октября, хотя некоторые армии начали его несколько раньше.
В то время, когда основные силы румынских войск еще вели бои под Одессой, а на севере шло ожесточенное сражение за Киев, 11-я армия, которой теперь командовал генерал фон Манштейн, 20 сентября перешла в наступление в восточном направлении с плацдармов по нижнему течению Днепра. Она быстро отбросила противника к Мелитополю и повернула крупными силами на юг, чтобы захватить Перекопский перешеек, являющийся воротами Крымского полуострова.
Соединения 1-й танковой группы форсировали Днепр в районе Днепропетровска, ударом во фланг в направлении Запорожья уничтожили войска противника, оборонявшие позиции полевому берегу Днепра, и вышли в тыл крупной группировке русских войск, начавшей наступательные действия против 11-й армии. После многодневных боев в районе Черниговки эта группировка была уничтожена. В ходе их немцы захватили свыше 100 тыс. пленных и много военной техники. Танковая группа, переименованная к тому времени в танковую армию, начала преследование разгромленного противника в восточном направлении.
В результате продвижения 1 — й танковой армии войска 11-й армии и приданные ей румынские соединения, действовавшие на фронте восточнее Мелитополя, оказались высвобожденными, и их можно было использовать для захвата Крыма. 27 октября 11 — я армия после тяжелых боев прорвала оборону противника на Перекопском перешейке и к середине ноября овладела всем полуостровом, за исключением крепости Севастополь, которая была окружена.
Основные силы группы армий «Юг» (17-я и 6-я армии) 2 октября перешли в наступление в общем направлении на восток, встречая со стороны противника лишь незначительное сопротивление. 17-й армии удалось соединиться на севере Донецкого бассейна с 1-й танковой армией, а 6-я армия, примыкавшая своим правым флангом к 17-й армии, вышла в районе севернее и южнее Харькова к Северскому Донцу. Еще дальше к северу она достигла рубежа Белгород — Курск. Здесь сопротивление противника резко усилилось. Вскоре он начал даже сильные контратаки против немецких войск.
1-я танковая армия к 20 октября вышла в районе Таганрога и севернее его к реке Миус и овладела значительной частью территории Донбасса. Наступившая тем временем осенняя распутица почти полностью лишила армию возможности двигаться дальше. Танки и автомашины буквально утопали в грязи. В результате этого русские получили достаточно времени для того, чтобы подтянуть сюда с Кавказа свежие силы и подготовить контрнаступление. Продвигаясь с огромными усилиями вперед, танковая армия 20 ноября сумела на время овладеть Ростовом. Но в этот момент русские нанесли по армии, фронт которой оказался сильно растянутым, мощный удар и отбросили ее за реку Миус. Ценой напряжения всех сил немцам удалось остановить контрнаступление русских: 29 ноября войска 1-й танковой армии вынуждены были оставить Ростов. Эта первая неудача послужила поводом к тому, что Гитлер стал вмешиваться даже в тактическое руководство войсками.
Главнокомандующий Сухопутными силами с самого начала придерживался того мнения, что группа армий «Юг» не имеет достаточного количества войск для выполнения всех поставленных перед ней задач. Когда на фронте 1-й танковой армии появились первые признаки начинавшегося кризиса, Главное командование Сухопутных сил решительно поддержало командующего группой армий «Юг», который предлагал отвести танковую армию за реку Миус. Тогда в дело вмешался Гитлер. Он запретил отводить армию из-под Ростова, хотя, находясь в своей Ставке в Восточной Пруссии, разумеется, не мог понять тактической обстановки, сложившейся на Миусе. В ответ на приказ Гитлера фельдмаршал Рундштедт доложил ему, что он не в состоянии выполнить этот приказ и удержать достигнутые рубежи, прося одновременно освободить его от командования группой армий. Гитлер в этот же день отдал приказ о назначении на пост командующего группой армий «Юг» вместо Рундштедта генерал-фельдмаршала фон Рейхенау. Но удержать фронт группы армий «Юг» в районе восточнее реки Миус не удалось и новому главнокомандующему.