Обе танковые армии действовали в центре ударной группировки. Они имели задачу, используя захваченные плацдармы, форсировать Северский Донец на всем его протяжении и выйти к Дону. 6-я и 2-я полевые армии должны были перейти в наступление одновременно с танковыми войсками и достичь Дона на участке Новая Калитва — Воронеж. 17-я армия, перед фронтом которой ожидалось наиболее сильное сопротивление противника, должна была перейти в наступление несколько позже, когда на ее фронте скажутся результаты удара танковых соединений. Армии союзников должны были в ходе наступления ударной группировки обеспечить ее фланги, чтобы максимально освободить от выполнения этой задачи немецкие войска. Дальнейшие цели наступления предполагалось определить лишь после того, как будет успешно завершен прорыв обороны противника. Вначале некоторые лица высказывались за то, чтобы нанести удар сосредоточенными силами в большой излучине Дона и выйти к Волге в районе Сталинграда; Кавказом же предлагали овладеть лишь в ходе последующих операций.
Наступление развивалось точно по плану. Фронт русских был прорван, и войска начали преследование отступавшего противника. 5 июля был взят Воронеж. Попытка немцев с ходу захватить плацдарм на левом берегу Дона оказалась неудачной из-за сильного сопротивления противника в этом районе. К 10 июля войска 6-й полевой и 4-й танковой армий вышли к Дону и захватили на его левом берегу несколько небольших плацдармов. Наступавшая к югу от них 1-я танковая армия достигла района Миллерово.
Однако следует отметить, что, несмотря на большой размах операций, количество пленных и захваченных трофеев было исключительно малым. Противник изменил свою тактику: он вел теперь маневренную оборону и стремился, насколько это было возможно, не допускать окружения своих войск, умело отводя их в тыл. Упорное сопротивление противник оказал только при попытке немецких войск форсировать Дон и наступать дальше на север.
Продвижение немецких войск к Волге и Кавказу.
Немецкое Верховное главнокомандование, к сожалению, не разобралось в новой тактике противника. Вероятно, находясь под влиянием чересчур оптимистичных докладов, которые поступали от штабов наступавших соединений, и видя, как быстро продвигаются вперед немецкие войска, оно полагало, что противник полностью деморализован и, по-видимому, не может продолжать борьбу. Гитлер опасался, что, бросив свои основные силы на Сталинград, он нанесет удар по пустому месту и будет терять зря драгоценное летнее время. Он считал, что для выполнения этой задачи хватит и гораздо меньших сил, чем предусматривалось планом, и что можно параллельно с достижением первой цели достигнуть и второй, более важной для него цели, то есть овладеть нефтяными районами Кавказа. Такая оценка обстановки была абсолютно неправильной; она привела к серьезнейшим ошибкам — к тому, что наступавшая группировка оказалась поставленной перед двумя совершенно различными целями.
Гитлер уже давно порывался расчленить операцию, но на первом ее этапе благодаря начальнику Генерального штаба дело до этого не дошло. Чтобы охарактеризовать, как Гитлер оценивал обстановку, достаточно сказать, что он не только считал возможным вести одновременно эти две операции с различными целями, но и, более того, снимал с выполнения задач участвовавшие в этих операциях соединения, чтобы использовать их в другом месте.
В середине июля в соответствии с новым планом операций обе танковые армии, а следовательно, и обе группы армий направили свои усилия в разных направлениях. 4-я танковая армия продолжала быстро продвигаться на восток и к концу месяца вышла в район Калача, где встретила упорное сопротивление противника. За ней наступала 6-я армия, а 2-я венгерская и 8-я итальянская армии вышли в это время к Дону и заняли здесь оборону с целью прикрытия фланга наступающих войск.
1-я танковая армия повернула в районе Миллерово на юг и к концу месяца вышла к Дону, на участке между Новочеркасском и Цимлянской.
17-я армия, уничтожая отдельные группы противника в излучине Северского Донца, повернула войска центра и правого крыла к Дону и достигла его нижнего течения на участке южнее и севернее Ростова, соединившись на севере с 1-й танковой армией. Войскам армии удалось форсировать Дон. Противник в отличие от северного участка оказывал на юге лишь весьма незначительное сопротивление. Только перед фронтом левого крыла 1-й танковой армии сопротивление его было несколько сильнее. Быстро продвигаясь на юг, немецкие войска достигли к 8 августа полностью разрушенных противником нефтяных промыслов в районе Майкопа. Часть танковых сил овладела Пятигорском, расположенным в северных отрогах Кавказских гор, и оттуда повернула на восток к нефтяным районам Грозного. Для обеспечения левого фланга группы армий «А» небольшая группа подвижных войск была выдвинута на северо-восток, в Калмыцкие степи. Слабые силы противника оказывали войскам группы армий лишь незначительное сопротивление, зато тыловые коммуникации немцев чрезвычайно растянулись, и это уже начинало заметно отражаться на их боеспособности. Несмотря на все принятые срочные меры, подвезти в далекие и весьма обширные нефтяные районы необходимое количество горючего и боеприпасов не удавалось. Поэтому наступление пришлось временно приостановить. Войска группы армий не смогли быстро овладеть ни нефтяным районом Грозного, ни перевалами через Кавказский хребет, несмотря на то, что они были почти ничем не защищены. Правда, одна группа солдат немецких горно-егерских войск поднялась на Эльбрус и водрузила на его вершине, на высоте 5629 метров, немецкий военный флаг, но это был скорее символический акт, не имевший ни тактического, ни тем более оперативного значения.