察裏津集團軍群編製內共有68個師，全部占領主要地帶的防禦陣地，其任務是固守從巴甫洛夫斯克至庫爾莫亞爾斯卡亞的長約530公裏、縱深為120公裏的防禦地帶。當麵之敵為保盧斯的第6集團軍和下轄的18個齊裝滿員師。明俄聯軍和德軍力量對比為，人員3.8：1.2，坦克2.4：1，飛機2：1，火炮和迫擊炮5：1，明俄聯軍實力占優。
在高加索方向，遠征軍最高統帥部決定將所有部隊編入北高加索集團軍群，由杜小寶大將擔任司令，北高加索集團軍群的第37和12集團軍受領了掩護斯塔夫羅波爾方向的任務，第18、56、47集團軍則受領了掩護克拉斯諾達爾方向的任務。7月底至8月初，兵力上占優勢的明軍迅速地向前推進。並在邁科普方向上遏製了德軍左翼的進攻。
至此，阿道夫的不得不掉回頭來催促保盧斯加緊攻占察裏津。被阿道夫指揮的頭暈腦脹的保盧斯終於得到了所需的兵力，於8月6日雙方在察裏津接近地展開了激烈的交戰，察裏津會戰正式開始。
德軍第6集團軍在保盧斯上將指揮下，以第8步兵軍和第14裝甲軍為北突擊集團，以第51步兵軍和第24裝甲軍為南突擊集團，突擊明軍第62集團軍防禦陣地並企圖實施包圍，同時向卡拉奇方向發展進攻。保盧斯還以部分兵力向明軍第64集團軍發起佯攻，以吸引明軍的注意力。8月23日，明軍第62集團軍的守衛部隊，在大量殺傷德軍有生力量之後按計劃主動撤出陣地，德軍在付出了慘重的代價換來的卻是一片廢墟，不過總算是前出到察裏津西麵的頓河河岸。
8月25日，德軍對由明軍第64集團軍的右翼陣地發起攻擊，企圖在卡拉奇附近強渡頓河。
8月29日，明軍第64集團軍再給於德軍大量殺傷之後，按計劃退過頓河。而德第6集團軍由於缺少裝甲兵力支援和空中的掩護，在付出了讚慘重代價奪取了兩處明軍主動放棄的陣地之後，不得不被迫轉入防禦態勢。阿道夫試圖在短時間內，在運動中占領察裏津的計劃被徹底粉碎。
8月30日，希特勒又作了一個影響命運的決定。他宣布：“因為高加索的命運是將要在察裏津決定的，所以由於這個會戰的重要性，遂有從A集團軍群抽調兵力以增強B集團軍群之必要。”於是，霍特的第4裝甲集團軍又歸還給B集團軍群，並於9月1日奉命沿科捷爾尼科沃—察裏津鐵路向東北方向進擊，當天該部即迅速突破了俄軍第51集團軍的防線，占領了蒙特納亞。俄軍第51集團軍司令由於指揮失誤，被送上了軍事法庭。其職務由大明遠征軍孫立人中將接替。
9月3日，霍特挾大勝之威前出到阿勃加涅羅沃地域，但在遭到明軍第64集團軍的迎頭痛擊之後，他前進的腳步也就達此為止了。霍特隻好放棄了獨立攻占斯大林格勒的想法，9月9日轉入防禦狀態。
9月19日，保盧斯和霍特重新發起了進攻。保盧斯第6集團軍從察裏津西北麵的特列赫奧斯特羅夫卡亞向東南攻擊，22日占領被明軍第62集團軍主動放棄的在韋爾加奇和彼斯科瓦特卡地段的防線。隨後保盧斯強渡頓河，占領了卡拉奇，23日第14裝甲軍推進到察裏津北郊的葉爾佐夫卡地域，前出到伏爾加河。霍特第4裝甲集團軍從南麵的阿勃加涅羅沃地區向北進攻，在德軍的攻擊即將精疲力竭的時候，明第64集團軍主動放棄陣地。29日，霍特進至城南的加夫裏洛夫卡地域，其前鋒已前出到京古塔車站。
10月2日，保盧斯第6集團軍右翼與霍特第4裝甲集團軍左翼在舊羅加奇克地區取得了聯係。與此同時，德軍第4航空隊出動飛機300架，入夜又出動2000架次飛機對察裏津進行狂轟濫炸。但是，的軍空軍在大明空軍的阻擊下損失過半。察裏津會戰的關鍵時刻到來了。