12 мая, в самый разгар подготовки немцев к наступлению, когда на юге еще полным ходом шли бои за Керченский полуостров, войска русского маршала Тимошенко внезапно перешли в наступление. Оно имело далеко идущие цели и должно было привести русских к овладению Харьковом. Войска Тимошенко начали наступление с выступа фронта западнее Изюма и севернее него на участке между Белгородом и Волчанском. Войска северной ударной группировки глубоко вклинились в оборону немцев, но скоро были остановлены силами, сосредоточенными здесь в ожидании летнего наступления. На юге противнику также удалось прорвать оборону немецких войск. Здесь очень часто обстановка принимала весьма критический характер, заставляя самого Гитлера вмешиваться в руководство войсками. После тяжелых боев противник был наконец остановлен на рубеже Чугуев — Мерефа. Поэтому немецкое командование, имевшее достаточные силы, развернутые для ведения летнего наступления, не могло не воспользоваться столь благоприятным моментом.
Крупная ударная группировка немцев перешла в наступление из района Славянска и быстро прорвала слабо защищенный фронт противника. Уже на второй день наступления войска правого крыла ударной группировки немцев подошли к Изюму. Почувствовав угрозу с тыла, Тимошенко немедленно приостановил свое наступление на север и попытался спасти свои войска, отведя их за Северский Донец. Осуществить это полностью русским не удалось, так как наступавшие немецкие войска сумели продвинуться далеко на север. Кроме того, в наступление перешли и остальные немецкие, румынские, венгерские, итальянские и словацкие части, державшие оборону на выступе западнее Изюма. Большое количество соединений 6-й, 9-й и 57-й русских армий было окружено. Основные силы 20 стрелковых и 7 кавалерийских дивизий и 14 танковых бригад оказались либо уничтоженными, либо взятыми в плен. Было захвачено 240 тыс. пленных, 2026 орудий, 1249 танков. Эти цифры свидетельствуют об огромном успехе, которого удалось добиться немецким войскам. Русские, очевидно, были не в состоянии быстро пополнить свои силы, поэтому для подготавливавшегося немцами крупного наступления имелись все необходимые предпосылки.
Бои в районе Харьков — Изюм в мае 1942 г.
Наступление на Волгу и на Кавказ28 июня началось наступление, которое немцы долго и тщательно готовили. В целях лучшего обеспечения руководства войсками группа армий «Юг» была разделена на две части. Южное крыло ее превратилось в группу армий «А» (командующий — фельдмаршал Лист), имевшую в своем составе 1-ю танковую и 17-ю полевую армии; северное крыло — в группу «Б» (командующий — фельдмаршал фон Бок, позже — генерал-полковник барон фон Вейкс) в составе 4-й танковой, 6-й и 2-й полевых армий. В резерве следовали: 2 румынские армии, 1 венгерская и 1 итальянская армии, а также словацкие и хорватские части. Чтобы быть ближе к войскам, Гитлер перенес свою Ставку непосредственно в тыл ударной группировки, разместив ее в лесу близ Винницы. Сюда же переехали и штаб-квартиры Главного командования Сухопутных и Военно-воздушных сил. Это мероприятие нисколько не облегчило, а, наоборот, еще больше затруднило общее руководство войсками на всех театрах военных действий, несмотря на то, что связь работала на полную мощность и творила прямо-таки чудеса.
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.