戰役初期1942年5月8日，曼施坦因上將指揮的德第11集團軍首先在克裏米亞發起了攻勢，一周後占領了刻赤半島，俘虜蘇軍17萬人。7月4日，守衛塞瓦斯托波爾要塞的近10萬蘇軍被迫向德軍投降，德軍占領了整個克裏米亞。5月12日，當刻赤半島正在激戰之際，鐵木辛哥元帥指揮西南方麵軍和南方方麵軍，共約45個師，分別從哈爾可夫的東北和東南兩麵向哈爾可夫發起進攻。進攻開始時發展順利，突破了德軍防禦，並於3晝夜內前進了25—50公裏。斯大林很高興，並據此譴責總參謀部，說險些因為總參謀的固執己見而取消了一次如此順利的戰役。但斯大林沒能高興多久。5月17日，德軍克萊斯特第1裝甲集團軍在第17和第6兩個集團軍支援下，從哈爾可夫南麵向蘇軍側翼發起反攻，並於5月23日合圍了蘇南方方麵軍的第9、第57集團軍、西南方麵軍的第6集團軍和博布金戰役集群。至5月29日，被圍蘇軍大部被殲。蘇軍西南方麵軍副司令員科斯堅科中將、第57集團軍司令員波德拉斯中將、第9集團軍司令員戈羅德揚尼斯中將、戰役集群司令員博布金少將陣亡。蘇軍共有25萬人被俘，損失坦克1249輛，火炮2026門。
哈爾科夫戰役拉開了斯大林格勒會戰的序幕，德軍在克裏木和哈爾科夫的勝利使蘇聯來之不易的預備隊消耗殆盡，南翼受到嚴重削弱，德軍重新奪回部分戰略主動權，暫時處於優勢地位。德軍奪取了巴爾文科沃突出部，為即將發動的攻勢占據了有利的進攻出發陣地。
1942年6月28日，包克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，對布良斯克方麵軍的第13和40集團軍實施了突擊，目標直指頓河上遊的沃羅涅日。6月30日，右翼保盧斯第6集團軍也從哈爾科夫東北發起了進攻，以斯大林格勒為目標向東南挺進，並突破第21和28集團軍防禦。在沃羅涅日方向上蘇軍所有方麵軍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軍。隨著預備隊不斷投入，沃羅涅日方麵局勢稍有緩和，但沒有消除德軍突破頓河以及沿頓河向斯大林格勒方麵突擊的嚴重風險。
7月2日，霍特第4裝甲集團軍的前鋒已*進沃羅涅日。但希特勒突然改變了計劃，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斯大林格勒前進。包克元帥卻想占領沃羅涅日，以徹底殲滅該地域內的蘇布良斯克方麵軍主力，這使希特勒大為惱怒，當即撤消了包克元帥的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。南麵高加索方向，利斯特A集團軍群於7月9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7月5日攻陷該城。
德軍的進攻非常成功，蘇聯軍隊在空曠的大草原上很難進行有效的抵抗，蘇軍後撤達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。
然而，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。他認為攻占斯大林格勒無需那麼多兵力，遂於17日命令霍特第4裝甲集團軍從斯大林格勒方向南下，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，斯大林格勒方向的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，給了蘇軍一定的準備時間。
蘇軍最高統帥部開始逐漸明確德軍的意圖，決心在斯大林格勒組織堅守。7月12日在西南方
麵軍原有基礎上組建了由鐵木辛哥元帥為司令員（7月23日起改由戈爾多夫中將接替），赫魯曉夫任軍事委員會委員的斯大林格勒方麵軍，擔負斯大林格勒方向的防禦任務。其編成內有從蘇軍戰略預備隊調來的第62、第63、第64集團軍和原西南方麵軍的第21、28、38、57集團軍殘部，坦克第1和第4集團軍（下轄第13、第22、第23坦克軍，僅有坦克240輛），以及空軍第8集團軍、海軍伏爾加河區艦隊。斯大林格勒方麵軍，編製內共有38個師，但隻有16個師（第62、63集團軍的全部，第64集團軍2個師，坦克第1、第4集團軍各1個師）能夠占領主要地帶的防禦陣地，其任務是固守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。當時雙方力量對比為，人員1：1.2，坦克1：2，飛機1：3.6，火炮和迫擊炮大致相等，德軍實力占優。