В 6 00-км полосе от Орла до Таганрога группе армий «Юг» фельдмаршала фон Бока противостояли войска Брянского, Юго-Западного и Южного фронтов, в составе которых насчитывалось 74 дивизии, 6 укрепленных районов, 17 стрелковых и мотострелковых, 20 отдельных танковых бригад, 6 танковых корпусов — 1,3 миллиона человек, не менее 1500 танков. Авиационное прикрытие обеспечивали 1500 самолетов 2, 8 и 4-й воздушных армий и двух дивизий АДД.
Решающая партия Гитлер — Сталин началась 28 июня 1942 года.
Согласно плану, который, кстати, случайно попал в руки советского командования, но был воспринят им как преднамеренно подброшенная дезинформация, группа «Вейхс» при поддержке 8-го авиакорпуса нанесла внезапный удар из района Щигры в стык 13-й и 40-й армий Брянского фронта. В центре, вдоль железной дороги Курск — Воронеж, рвалась к Дону 4-я танковая армия генерала Гота, имевшая в своем составе 3 танковые (9, 11, 24-я) и 3 моторизованные (3, 16-я и «Великая Германия») дивизии. Южнее 2-я венгерская армия — 9 пехотных и 1 танковая дивизии — наступала на Старый Оскол. Северный фланг ударной группировки прикрывал 55-й армейский корпус 2-й немецкой армии.
В первый же день немцы вклинились в советскую оборону на 15 км; на второй «панцеры» разгромили штаб 40-й армии, полностью дезорганизовав ее управление, и вышли на оперативный простор. С 29 июня командующий Брянским фронтом генерал-лейтенант Ф.И. Голиков пытался ликвидировать прорыв фланговыми ударами пяти танковых корпусов (1, 4, 24, 17, 16, 24-й) и отдельных танковых бригад, но действовал в лучших традициях лета 1941 года. Корпуса вступали в сражение с ходу, по частям, несогласованно по времени, без разведки, без взаимодействия с другими родами войск, без связи друг с другом и вышестоящими штабами. Поодиночке они и были разбиты.
30 июня перешедшие в наступление из района Волчанска войска 6-й армии генерала Паулюса, имевшей в составе 40-го танкового корпуса две танковые (3-ю, 23-ю) и 29-ю моторизованную дивизии, при поддержке 4-го авиакорпуса «неожиданно быстро» прорвали советскую оборону на стыке 21-й и 28-й армий Юго-Западно-го фронта и за три дня продвинулись до 80 км. 3 июля они встретились у Старого Оскола с венгерскими частями, замкнув кольцо окружения вокруг шести советских дивизий. После этого главные силы Вейхса устремились к Воронежу, Паулюса — на Острогожск, охватывая правый фланг 28-й армии генерал-лейтенанта Д.И. Рябышева.
5 июля 6-я армия левым крылом форсировала реку Тихая Сосна, а дивизия «Великая Германия» и 24-я танковая дивизия ворвались в Воронеж. Вечером того же дня из Ставки фюрера последовал категорический приказ приостановить штурм города, вывести подвижные соединения из уличных боев и направить их на юг, в коридор между Доном и Северским Донцом.
В то время как Гитлер заявил на совещании, что взятие Воронежа для него не имеет значения, Сталин, опасаясь, что немцы начнут отсюда обходное движение в тыл Москвы, именно этому направлению уделял особое значение. Из резерва Ставки к Дону выдвигались 3-я и 6-я резервные армии, переименованные соответственно в 60-ю и 6-ю (13 свежих стрелковых дивизий). Одновременно готовился мощный контрудар силами 5-й танковой армии (2, 11, 7-й танковые корпуса, 19-я отдельная танковая бригада, 340-я стрелковая дивизия). В район Ельца была передислоцирована 1-я истребительная авиационная армия резерва Ставки (230 самолетов). Для «оказания помощи в организации обороны Воронежа» из Москвы примчались начальник Генерального штаба А.М. Василевский, его заместитель Н.В. Ватутин, начальник Главного автобронетанкового управления Я.Н. Федоренко.
Утром 6 июля 5-я танковая армия попыталась ударом с севера перехватить коммуникации Гота и сорвать переправу противника через Дон. К этому времени 4-я танковая армия уже поворачивала на юг, а на ее месте фронтом на север окапывалась инфантерия 2-й полевой армии. Как и прежде, советские корпуса вводились в бой поочередно, с ходу, без подготовки, на широком фронте. Немецкая пехота при содействии 9-й и 11-й танковых дивизий неорганизованные атаки русских успешно отбила. На этом 5-я танковая армия, на четыре дня задержавшая соединения Гота, прекратила свое существование и была расформирована.
Брешь между Брянским и Юго-Западным фронтами достигла 300 км в ширину и до 170 км в глубину. 7 июля был образован Воронежский фронт, в состав которого вошли 60, 40, 6-я общевойсковые, 2-я воздушная армии, 4, 17, 18, 24-й танковые корпуса, получившие задачу «прочно закрепиться» и во что бы то ни стало удержать восточный берег Дона. На противоположном берегу с аналогичными намерениями занимали оборону венгры.
Ближайшая задача наступления была выполнена. За девять дней сражения советские потери составили 162 тысячи человек. По немецким данным, было захвачено в плен 73 тысячи красноармейцев и уничтожено 1200 танков.
