南方戰線上，由德軍倫德施泰特南方集團軍群的主要目的在於占領俄國在烏克蘭的農業和工業基地，並獲得黑海港口作為補給站。德軍的對手為俄軍基輔特別軍區（即西南方麵軍）和敖德薩軍區（南方麵軍），西南方麵軍算得上是俄軍實力最強的一個軍區。由於這個方麵軍是組建最早，而且接受的是大明軍官的訓練，裝備的也是大明軍隊使用的製式裝備，所以兵力和裝備上對德軍有明顯的優勢。但由於德軍的素質此時遠在俄軍之上，因而德軍依然能長驅直入抵達第聶伯河。由於西方麵軍損失過大，西南方麵軍的右翼暴露在德軍麵前。
基輔位於傑斯納河與第聶伯河的交彙處，第聶伯河由北向南彎曲注入黑海，與其上遊的支流傑斯納河構成了一個大S形。德軍計劃目標是奪取基輔，並在一巨大的舌形地區中，將西南集團軍群圍殲。
在邊境地區一係列戰鬥失利後，俄軍最高統帥部認為西南方向是德軍進攻的主要方向，因而把俄軍大部分兵力部署在烏克蘭，有西南方麵軍（第5，第6、第26、第12集團軍）、南方方麵軍（第18、第9集團軍）計6個集團軍，69個步兵師、11個騎兵師和28個裝甲旅，由西南方向總司令指揮。俄軍西南方麵軍遵照最高統帥部大本營的號令，於6月30日開始從西烏克蘭退卻。
西南方麵軍的任務是在7月9日前，以野戰軍隊占領科羅斯堅、沃倫斯基新城、舍佩托夫卡、舊康斯坦丁諾夫、普羅斯庫羅夫等築壘地域，並在這一線組織堅固防禦。而預定在基輔方向行動的德軍“南方”集團軍群（坦克第1集群，司令為克萊斯特上將；第6、第17集團軍，司令分別為賴歇瑙上將、施普拉格上將）的目的是突破俄軍在築壘地域一線的正麵，前出至基輔地域，奪取第聶伯河的登陸場。然後突擊集團轉向東南進攻，以阻止西南方麵軍主力向第聶伯河對岸退卻，並從後方實施突擊將其消滅。
俄西南方麵軍有44個在戰鬥中嚴重削弱的師與德軍40個師（內有10個坦克師和摩托化師）對峙。德軍步兵、火炮和迫擊炮比俄軍多1倍多，此時俄軍已經沒有空軍了。7月5日，德軍開始進攻，在主要突擊方向上，德已經先於俄西南方麵軍到達築壘地域一線。7月7日，德軍以坦克兵團為第一梯隊，突破了俄軍在新米羅波爾以北的防禦，傍晚奪占了別爾季切夫。次日。又在沃倫斯基新城以南實施突破，7月9日，奪占了日托米爾。
7月11日，德軍坦克第1集群先遣部隊在兩晝夜內前進110公裏，進抵基輔以西15—20公裏的伊爾片河。在此，坦克和摩托化步兵被俄軍阻於基輔築壘地域的外層圍郭，德軍從行進間奪取基輔的企圖被打破。
此時，俄軍總參謀長建議葉卡捷琳娜放棄基輔，將西南方麵軍撤到第聶伯河對岸，以避免被德軍合圍，然後全力保衛莫斯科。但被葉卡捷琳娜斷然拒絕。
7月16日，德國中央集團軍群古德裏安的第2裝甲兵團攻占了斯摩棱斯克，扣開了通往莫斯科的大門。正當古德裏安等德軍官兵躊躇滿誌地準備殺向莫斯科時，阿道夫卻決定暫時放棄莫斯科方向的作戰，而以烏克蘭和聖彼得堡為主要目標，他始終認為這兩個目標要比莫斯科具有更大的重要性。
他不顧他的將軍們的再三勸說，發布了第2裝甲兵團與南方集團軍群合作，對基輔附近的俄軍進行一個大包圍戰。自對俄開戰以來，倫斯德的德南方集團軍群進展不如中央集團軍群那樣順利，雖然克萊斯特的第1裝甲兵團一路向東南挺進，取得了卓越的成就，但左翼第6集團軍卻在基輔前方的第聶伯河西岸被阻。因此，阿道夫的愛將古德裏安調往基輔，協助南方集團軍群。
德軍擔任包圍作戰任務的是南方集團軍群和中央集團軍群的兩個增援部隊。古德裏安的第2裝甲兵團從圖比齊夫斯克以西渡過傑斯納河向南挺進，直插基輔後方的羅姆尼。中央集團軍群的第2集團軍從戈梅爾向南運動，掩護古德裏安的右翼。克萊斯特的第1裝甲兵團則從第聶伯河河灣上的克裏門巧格向北進攻，與古德裏安在羅姆尼附近會合。南方集團軍群的第17集團軍則負責把俄軍牽製在切爾卡賽以北第聶伯河河灣，同時掩護克萊斯特的左翼。與此同時，南方集團軍群的第6集團軍向東運動，渡過第聶伯河進攻基輔。
德軍深遠的正麵突擊和隨後的翼側突擊，把西南方麵軍割裂成幾個孤立集團。基輔西北該方麵軍右翼的第5集團軍，在科羅斯堅築壘地域陣地戰鬥約一個半月，以其行動牽製德軍共約10個師。該集團軍對直接進攻基輔的德軍集團翼側實施的反突擊，大大改善了守城俄軍的處境。遵照最高統帥部大本營的指示，該集團軍在8月下旬退守基輔以北新的防禦地區。第6、第12集團軍及第18集團軍一部共20個師在基輔西南方向，也就是方麵軍左翼與德軍進行苦戰。