德军统帅部在1942年春季夺得苏德战场的战略主动权后，决心利用有利形势加紧进行夏季进攻的准备，并于6月初制订了为在苏德战场南翼发动攻势而首先采取的两个大规模进攻战役计划，即沃罗涅日进攻战役和坎捷米罗夫卡进攻战役，统称“蓝色”行动。此时，苏德战场南翼已移至奥廖尔以东、沃罗涅日、米列罗沃、罗斯托夫，以及亚速海东岸一线。
沃罗涅日战役，预定在向心方向实施两个突击行动：一个从库尔斯克东北地域向沃罗涅日突击，代号“蓝色1号”；另一个从沃尔昌斯克向奥斯特罗戈日斯克方向实施突击，代号“蓝色2号”。德军企图通过此役粉碎沃罗涅日方向上防御的苏军集团，将其围歼于旧奥斯科尔以西地区，前出到沃罗涅日至新卡利瓦特地段的顿河一线，并在顿河东岸占领登陆场。坎捷米罗夫卡战役，代号“蓝色3号”，则预定在德军推进到沃罗涅日地区以后开始。
根据制订的计划，德军实施第一个战役的突击集团于6月下半月在库尔斯克东北地区和哈尔科夫东北地区基本完成集结和展开。与此同时，在顿巴斯也开始集结兵力，准备实施第二个战役。
为了保证夏季进攻战役的顺利实施，德军统帅部从德国、法国以及苏德战场其他方向抽调约29个师的兵力加强沃罗涅日方向的突击力量。
这样，德军南方集团军群的集团军总数增加至8个。此外，罗马尼亚第三集团军也正在向乌克兰调动。
为适应在西南方向实施重点进攻的需要，德军统帅部在夏季进攻前夕，对德军东线部队的指挥结构进行了调整。德军南方集团军群被分为B、A两个集团军群：B集团军群由博克元帅指挥，下辖德军第四装甲集团军，第二、第六集团军和匈牙利第二集团军；A集团军群由利斯特元帅指挥，下辖德军第二十一装甲集团军、第十七和第十一集团军，以及意大利第八集团军。这次改编于7月上旬最后完成。在B集团军群中又建立了由德军第二集团军、第四装甲集团军和匈牙利第二集团军组成的“魏克斯”集团军级集群。
截至1942年6月底，德军在苏德战场的兵力总共达11个野战集团军、4个装甲集团军、3个战役集群，共计230个师又16个旅，共560万余人、9000多门火炮、3700辆坦克和3200余架作战飞机。
德军最大的重兵集团A、B两个集团军群，配置在苏德战场西南方向。这里展开了当时德军在苏德战场上的37%以上的步兵团和骑兵团，53%左右的装甲和摩托化部队。这两个集团军群的编成内共97个师90万余人、1200辆坦克、1.7万余门火炮、1640架作战飞机。与德军部队相对峙的苏军，在人员和坦克的数量上与德军大致相等，但飞机、火炮较德军落后。
苏军经过5月和6月的数次战役后，尚未获得时间进行补充休整和调整部署。6月底，苏军在苏德战场北段和中段的部署基本未变，南翼较之5月初稍有变动。苏军撤销了西方向、西南方向、北高加索方向的指挥部，布良斯克方面军、西南方面军和南方面军改由苏军最高统帅部直接指挥。布良斯克方面军、西南方面军和南方面军的任务是固守现有阵地，在沃罗涅日、斯大林格勒和高加索方向组织防御。新组建的高加索方面军负责掩护亚速海和黑海东岸。西方向和西北方向的苏军部队，基本任务是改善现有态势，牵制德军兵力。
6月28日，德军发起侵苏战争第二年的夏季进攻。德军B集团军群的“魏克斯”集群向苏军布良斯克方面军左翼突击，从苏军第十三集团军和第四十集团军的接合部突破了苏军防御。6月30日，德军第六集团军从沃尔昌斯克地区发起进攻，突破了苏军第二十一、第二十八集团军的防御。至7月2日，德军突破苏军布良斯克方面军左翼和西南方面军右翼的防御，并向纵深推进约80千米，给苏军造成了前出顿河、占领沃罗涅日的威胁。
为阻止德军进攻，苏军最高统帅部将大本营预备队中的3个集团军调至顿河地区，并将新编第五装甲集团军集中到北面的耶列茨地区，对进攻沃罗涅日的德军集团后方和翼侧实施反突击。苏军第五装甲集团军的反突击，迫使德军统帅部将沃罗涅日地域的突击集团分兵北调，从而削弱了德军对沃罗涅日的进攻。苏军的反突击措施，虽然降低了德军的推进速度，但德军仍于7月6日楔入沃罗涅日。
为便于指挥在沃罗涅日方向作战的部队，苏军最高统帅部于7月7日将布良斯克方面军左翼各集团军编为沃罗涅日方面军，并赋予其肃清顿河东岸德军并扼守东岸的任务。
此时，德军向沃罗涅日方向的进攻虽被制止，但这个方向的形势仍十分危急。布良斯克方面军和西南方面军的防御地带正面约300千米、纵深150至170千米被德军突破，德军已前出到顿河，并在沃罗涅日以西强渡了该河，由北向南对苏军西南方面军右翼实施深远迂回，从而对西南方面军和南方面军后方构成极大威胁。
德军统帅部决定沿向心方向分两路向坎捷米罗夫卡实施突击。
7月7日，德军A集团军群第一装甲集团军展开进攻，防守顿巴斯的苏军南方面军右翼和中央的部队有组织地向东南实施后撤。同日，德军第六集团军强渡黑卡利特瓦河，向东南发展进攻。至7月11日，进入顿河大弯曲部，从东北和东面包围了苏军西南方面军主力。苏军被迫在坎捷米罗夫卡以南和西南苦战。由于驻卡拉奇的西南方面军指挥部从7月7日起同所属部队大部失去联系，苏军统帅部决定西南方面军中央和左翼部队转隶南方面军。
德军前出顿河中游后，希特勒命令第四装甲集团军转隶A集团军群，从斯大林格勒方向转向罗斯托夫方向推进，以便对苏军南方面军实施更大合围。
7月15日，德军第四装甲集团军先头部队已前出到莫罗佐夫斯克和米列罗沃地区，德军第一装甲集团军先头部队则前出到卡缅斯克地区，苏军南方面军在顿河西岸的情况日益严重。
为免遭合围，苏军统帅部决定将南方面军从顿巴斯撤过顿河，协同北高加索方面军部分兵力在上库尔莫亚尔斯卡亚至巴加耶夫斯卡亚一带的顿河东岸，以及罗斯托夫以北接近地组织防御。7月15日，苏军南方面军开始后撤。7月23日，德军第一装甲集团军楔入罗斯托夫，守卫该市的苏军第五十六集团军退至顿河东岸。至24日，南方面军主力已撤至顿河东岸。
6月28日至7月24日，苏军在沃罗涅日方向和顿巴斯进行的防御战役以失利告终，防御部队在德军突击下被迫后退150至400千米。
德军突破布良斯克方面军和西南方面军的防御后，推进到顿河大弯曲部，攻占了重要战略据点罗斯托夫，强渡了顿河下游，从而对斯大林格勒和北高加索构成直接威胁。
苏军最高统帅部对德军1942年夏季攻势主要突击方向判断失误，又无法及时调整部署做好防御准备，结果遭到失利。但是，德军合围并歼灭苏军西南方面军和南方面军的基本目的并未达到。苏军经过顽强抵抗，被迫后撤，随后进行了具有重大意义的斯大林格勒会战，以及高加索会战。