蘇聯方麵，斯大林根據所得情報，認為1942年夏季德軍能在兩個戰略方向同時實施大規模進攻戰役，這兩個方向很可能莫斯科和蘇聯南方。至於北方和西北方，斯大林說，預計德寇會實施規模不大的進攻行動。令斯大林最擔心的是莫斯科方向，該方向的德軍有70個師，100多萬人。
關於1942年春季和夏初的蘇軍行動，斯大林認為，目前蘇軍還沒有足夠的兵力和兵器展開大規模的進攻戰役。在近期內，他認為應限於進行積極的戰略防禦，但同時必須在克裏木、哈爾科夫地區、利戈夫－庫爾斯克方向、斯摩棱斯克方向以及列寧格勒和傑米揚斯克地域實施一係列進攻戰役。
冬季戰役結束後，蘇德雙方戰線犬牙交錯，敵我陣地互有楔入，突出地段最深處達幾十公裏。經過積極準備後，於1942年5月相繼展開軍事行動，為各自的大規模攻勢創造條件。
5月12日，西南方麵軍奉斯大林之命，在哈爾科夫方向轉入進攻，計劃實施兩個突擊：一是在沃爾昌斯克實施；一個在巴爾文科沃突出部實施。進攻開始發展順利，蘇軍突破敵人的防禦，並於3晝夜內前進了25至50公裏。斯大林對此很滿意，但不久局勢發生逆轉。
為解哈爾科夫之圍，在克裏米亞的德軍第11集團軍，隨即對克裏米亞東部刻赤半島上的蘇軍發起進攻。5月15日，德軍占領刻赤半島。蘇軍損失慘重，德軍共俘獲蘇軍15萬人，繳獲了大量坦克和大炮，奪取了蘇軍幾乎全部戰鬥裝備和重兵器。隨後，德軍又用它們來進攻塞瓦斯托波爾的蘇聯守軍。
這時，曼施泰因的集團軍已解除了後顧之憂，能夠全力攻占塞瓦斯托波爾。刻赤半島陷落後，克裏米亞的德軍稍事休整，於6月2日集中20.4萬人，進攻軍事要塞塞瓦斯托波爾。蘇聯守軍10餘萬奮勇抵抗。蘇聯紅軍在市民協助下，同德軍拚殺一個月後，於6月30日奉命撤退，7月4日，曆時8個月的塞瓦斯托波爾保衛戰結束。克裏米亞遂全部落入德國人手中。希特勒非常感激，晉升曼施泰因為陸軍元帥。
在進攻塞瓦斯托波爾的同時，駐守在克臘馬托爾斯克地區的德軍，乘勢進行反擊。他們的目的是摧毀蘇軍的攻勢，占領重要地區，為實施希特勒41號作戰指令，奪取有利的出發基地。
德軍第6集團軍司令保羅斯稱：“這次戰役的目的，首先是消除第聶伯羅彼得羅夫斯克地區德軍南翼交通線上的直接危險。保證守住哈爾科夫以及第6集團軍設在那裏的很多倉庫和醫院。其次是在北頓涅茨河以西和哈爾科夫東南占領地盤，以便渡過這條河流向東進攻。”
戰鬥進行得十分激烈，5月23日，從克臘馬托爾斯克進攻的德軍，同哈爾科夫向東進攻的德軍在巴拉克列雅以南10公裏處會師。包圍了南路蘇軍。5月29日戰鬥結束，蘇軍損失慘重，第6、第57集團軍幾乎全軍覆沒，隻有部分突圍。西南方麵軍副司令員科斯堅科等幾位高級將領壯烈犧牲。
在此期間，蘇聯在列寧格勒、沃爾霍夫和西方方麵軍都發動了局部攻勢，企圖配合和改善哈爾科夫戰役的勢態，但都相繼失利，遭受不同程度的損失。
德軍在哈爾科夫和克裏米亞的勝利，把蘇軍來之不易的預備隊消耗殆盡，削弱了它的南翼。這樣一來，德軍就能夠將其攻勢轉向頓河方麵，從而為即將發動的攻勢占據了有利的進攻陣地。蘇聯最高統帥部決定轉入防禦，以便阻止德軍向東推進。
希特勒步步進逼。6月28日，德軍兩個集團軍群一百數十萬大軍，先後從庫爾斯克東北、哈爾科夫東北、斯拉維揚斯克一帶發動進攻，企圖在頓河西岸包圍並消滅蘇軍布良斯克方麵軍和南方方麵軍主力。蘇軍為避免陷入包圍，在將近一個月的戰鬥中，被迫後撤了150至400公裏。
在此緊急形勢下，7月12日，蘇軍最高統帥部建立了斯大林格勒方麵軍，其編製包括第63、64、62和第21集團軍。依次布置在巴甫洛夫斯克、克列茨卡亞、蘇羅夫基諾，直到上庫莫雅爾斯卡亞，部署在長530公裏的頓河防線上。在頓河至伏爾加河之間，蘇聯動員了18.3萬人，修建了工程浩大的防禦工事。
8月8日，德軍占領了年產石油250萬噸的邁科普油田，雖然德國人發現油田已幾乎全部遭到破壞。8月23日，德軍第6集團軍抵達斯大林格勒正北的伏爾加河一帶。兩天以前，德軍旗幟已插上了18481英尺的厄爾布魯斯山，這是高加索山脈最高峰。25日，克萊施特的坦克部隊已進駐莫茲多克，距離格羅茲尼四周蘇聯最大產油中心隻有50英裏，距裏海也隻有100英裏。