5月8日，德軍以巴爾文科沃突出部出發陣地，向明軍起了進攻。
5月8日，博克B集團軍群左翼霍特第4裝甲集團軍和魏克斯第2集團軍突然從庫爾斯克東北向東攻擊，對布良斯克方向上的段驍嗣集群的第13和40集團軍實施了突擊，目標直指頓河上遊的沃羅涅日。但是進攻被明軍有效遏製，德軍未能前進一步，戰鬥陷入僵持階段。
5月9日，右翼保盧斯第6集團軍也從哈爾科夫東北發起了進攻，以察裏津為目標向東南挺進，並突破第21和28集團軍防禦。在沃羅涅日方向上明軍和俄軍所有的預備隊都投入作戰，最高統帥部還抽調第6、第60集團軍和坦克第5集團軍加強布良斯克方麵段驍嗣集群的兵力。隨著預備隊不斷投入，沃羅涅日方麵局勢稍有緩和，但沒有完全消除德軍突破頓河以及沿頓河向察裏津方麵突擊的嚴重風險。
5月28日，霍特第4裝甲集團軍的前鋒已逼進沃羅涅日。但阿道夫突然改變了計劃，決定不占領該城，他命令霍特在獲得第2集團軍的接替後，迅速轉向南麵沿頓河向察裏津前進。
而博克元帥卻想占領沃羅涅日，以便能以此為依托圍殲或擊潰該地域內的明軍主力。博克在此抗命，這使阿道夫大為惱怒，當即撤消博克元帥的B集團軍群司令之職，由第2集團軍司令魏克斯上將接任，第2集團軍司令則由薩姆斯將軍繼任。博克元帥從此再也沒走上過戰場。
在南麵高加索方向，德軍利斯特上將的A集團軍群於6月1日發起進攻。其左翼克萊斯特第1裝甲集團軍從哈爾可夫南麵向頓尼茲河北岸進擊。魯夫第17集團軍則從塔甘羅格北麵向伏羅希洛夫格勒進攻。同時，匈牙利第2集團軍和第4裝甲集團軍也對佛羅尼斯發動了突襲，並在6月5日攻陷由俄軍駐守的該城。
德軍的進攻非常成功，佛羅尼斯的陷落使明俄聯軍在空曠的大草原上很難進行有效的抵抗，明俄聯軍後撤達100-300公裏，頓河及頓巴斯盆地最富饒的地區均落入德軍之手。
這一戰讓德軍的士氣有所提升，也讓蘇定方怒火萬丈。他拍著桌子喊道：“阿道夫這個瘋子，簡直不能用正常人的的思維來衡量他。他這一通瞎指揮居然起到了亂拳打死老師傅作用。我小看他了。哼，不過沒關係，我們不以一城一地的得失而論輸贏，誰笑到最後誰笑得最甜。”
厚照：“對頭，我的參謀長就是聰明。雖說我們失去了大片的陣地，但是德軍的兵力損耗可比我們大得多。我軍是有目的的戰略後撤，為的是更好的進攻。看看阿道夫還有多大本事變出更多的軍隊來，你看著吧，阿道夫會越來越多的幹擾前線的指揮，幸運不會總伴隨著他，瞎指揮會讓他犯更多的錯誤，這是我們所願意看到的。告訴將士們，憋足了勁，咱們在察裏津請阿道夫吃大餐。”
不出厚照所料，德軍第6集團軍在戰役初期就取得令人滿意的戰果，使希特勒再次改變了計劃。他認為攻占察裏津無需那麼多兵力，於是在6月17日命令霍特第4裝甲集團軍從察裏津方向南下，轉隸A集團軍群，以支援克萊斯特第1裝甲集團軍強渡頓河下遊。這樣一來，察裏津方向的德軍進攻部隊就隻剩下了保盧斯的第6集團軍（轄有6個軍，含2個裝甲軍，計14個師約27萬人，近500輛坦克，3000門火炮和迫擊炮，由第4航空隊1200架作戰飛機進行支援）。由於交通等問題，第6集團軍的前進步伐有所放慢，給了明俄聯軍一個短暫的增兵察裏津的時間。
大明遠征軍最高統帥部下令堅守察裏津，要求保衛察裏津的部隊必須大量消耗德軍有生力量，鼓勵參戰將士以各種形式消滅德軍。厚照為此發布了訓令：“全軍將士務必要將德軍主力死死的拖住，並吸引大量的軍攻擊察裏津。我們要讓察裏津成為碾碎德軍血肉的磨盤，要讓察裏津成為德軍的墳墓，成為我軍進行戰略反攻的轉折點！”
7月12日，遠征軍最高統帥部在蕭遠山集群的基礎上組建了察裏津集團軍群，由蕭遠山大將指揮察裏津方向的防禦任務。
其編成內有從遠征軍戰略預備隊調來的第62、第63、第64集團軍和原大明西伯利亞軍團的第21、28、38、57集團軍，坦克第1和第4集團軍（下轄第13、第22、第23坦克軍，有坦克1200輛），以及大明空軍第8集團軍、俄羅斯海軍伏爾加河區艦隊。