方面军和南方方面军，分别从哈尔可夫的东北和东南两面向哈尔可夫发起攻。攻开始时发展顺利，突破了德军防御，并于3昼夜内前了25―50公里。斯大林很兴，并据此谴责总参谋，说险些因为总参谋的固执己见而取消了一次如此顺利的战役。但斯大林没能兴多久。5月17日，德军克莱斯特第1装甲集团军在第17和第6两个集团军支援下，从哈尔可夫南面向苏军侧翼发起反攻，并于5月23日合围了苏南方方面军的第9、第57集团军、西南方面军的第6集团军和博布金战役集群。至5月29日，被围苏军大被歼。苏军西南方面军副司令员科斯科中将、第57集团军司令员波德拉斯中将、第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。

哈尔可夫之战拉开了斯大林格勒会战的序幕。德军旗开得胜，希特勒信心倍增；苏军损失惨重，斯大林懊悔莫及。

加索方向，利斯特a集团军群于7月9日发起攻。其左翼克莱斯特第1装甲集团军从哈尔可夫南面向顿尼兹河北岸击。鲁夫第17集团军则从塔甘罗格北面向伏罗希洛夫格勒攻。

7月17日，霍特第4装甲集团军推到顿河中游，保卢斯第6集团军也前到顿河大弯曲。在加索方向，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，鲁夫第17集团军则占领了伏罗希洛夫格勒。

由于刚在哈尔可夫之战中吃过德军合围的亏，苏军的许多队生怕在陷包围，仓惶后撤。哈尔德在7月16日的日记中写：“在第1装甲集团军从西面，第4装甲集团军从北面的夹攻之下，敌军分成了几个集团，分别向各个方向逃窜，此时，在这个混战地区之东，大德意志和第24两个装甲师，正在向顿河赛跑，一路都不曾受到敌人的严重抵抗。”

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然而，希特勒再次改变了计划。他认为斯大林格勒无需那么多兵力，遂于17日命令霍特第4装甲集团军从斯大林格勒方向南下，转隶a集团军群，以支援克莱斯特第1装甲集团军渡顿河下游。这样，斯大林格勒方向的攻队就只剩下了保卢斯的第6集团军，而第6集团军的动量却又有赖于第4装甲集团军的合作。对此，英国军事史学家富勒写：“和1941年一样，因为分散了兵力，希特勒自己毁灭了他的战役。1941年，他因为调动古德里安的装甲兵团去参加基辅会战，才使他未能攻下莫斯科。这一次又是因为调动了霍特的装甲集团军，从顿河中游到下游去，结果遂使他未能攻克斯大林格勒。”利德尔·哈特也在其《战略论》中写：“假使朝斯大林格勒方向攻的第4装甲集团军，不分兵向南，以协助第1装甲集团军在攻向加索的路程上，作渡过下顿河的企图，那么在7月间，德军也许早已轻松的攻占了斯大林格勒……而等到第4装甲集团军再回转过向北攻的时侯，俄国人在斯大林格勒已集中兵力，严阵以待了。”

斯大林格勒原名察里津，1918年后改称斯大林格勒。它位于伏尔加河下游西岸，距顿河大弯曲以东约60公里。伏尔加河与顿河成“儿”字形，左边一画是顿河，向西南注亚速海，右边一画是伏尔加河，向东南注里海。斯大林格勒是苏联南的政治、经济、文化中心、陆通的中转站，也是来自加索的石油转运站和重要的军事工业基地，有重要的战略意义。另外，因为它叫斯大林

保卢斯的第6集团军继续向斯大林格勒前。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架作战飞机行支援。

6月28日，包克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日。6月30日，右翼保卢斯第6集团军也从哈尔可夫东北发起了攻，向东南，以斯大林格勒为目标。7月2日，霍特第4装甲集团军的前锋已沃罗涅日。但希特勒突然改变了计划，决定不占领该城，他命令霍特在获得第2集团军的接替后，迅速转向南面沿顿河向斯大林格勒前。包克元帅却想占领沃罗涅日，以彻底歼灭该地域内的苏布良斯克方面军主力，这使希特勒大为恼怒，当即撤消了包克老元帅的b集团军群司令之职，由第2集团军司令魏克斯上将接任，第2集团军司令则由萨姆斯将军继任。