6月28日，由空軍第8軍提供大規(guī)模的空中支援，第2集團(tuán)軍提供左翼保護(hù)，霍斯指揮德軍第4裝甲集團(tuán)軍突破蘇軍第13和第40集團(tuán)軍防線交界處。6月30日，保盧斯指揮第6集團(tuán)軍向蘇聯(lián)西南方面軍發(fā)動進(jìn)攻，擊潰第21集團(tuán)軍以及里亞貝舍夫指揮的第28集團(tuán)軍。同日，當(dāng)戈利科夫向斯大林報(bào)告第13集團(tuán)軍仍在堅(jiān)守陣地的時候，帕爾謝戈夫少將指揮的第40集團(tuán)軍已被擊潰。斯大林拒絕蘇軍進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)撤退，他親自對戰(zhàn)斗進(jìn)行遙控指揮，派遣幾個坦克軍前去增援布良斯克方面軍，卻沒有授權(quán)戈利科夫?qū)@幾支坦克軍的戰(zhàn)術(shù)部署進(jìn)行充分控制。在斯大林的督促下，上述幾支后備部隊(duì)雖然很快進(jìn)入戰(zhàn)場，但缺乏統(tǒng)一組織，混亂無序、各自為戰(zhàn)。希特勒越來越強(qiáng)調(diào)消滅蘇軍的重要性，7月1日，德軍第2集團(tuán)軍調(diào)頭向南推進(jìn)，在舊奧斯科爾與第6集團(tuán)軍會師。蘇軍第40集團(tuán)軍進(jìn)行了殊死抵抗，其中大多數(shù)人在德軍7月2日完成合圍之前向東逃離。7月3日，第4裝甲集團(tuán)軍抵達(dá)沃羅涅日西部的頓河上游。此時，在德軍的進(jìn)攻下，布良斯克方面軍南翼與西南方面軍北翼之間出現(xiàn)一個64公里的缺口。

7月3日，蘇聯(lián)最高統(tǒng)帥部命令利久科夫少將率領(lǐng)布良斯克方面軍下轄的坦克第5集團(tuán)軍向德軍第2集團(tuán)軍左翼發(fā)起反擊。坦克第5集團(tuán)軍裝備800輛現(xiàn)代坦克，盡管戰(zhàn)斗力極強(qiáng)，仍然無法與經(jīng)驗(yàn)豐富、驍勇善戰(zhàn)的德軍對壘。他們遭到德國空軍的猛烈打擊，堅(jiān)持戰(zhàn)斗到7月8日，但沒有阻止德軍向沃羅涅日推進(jìn)。在德軍第2集團(tuán)軍右翼，德軍第4裝甲集團(tuán)軍已經(jīng)逼近頓河。在這種情況下，戈利科夫受到了被降職的極不公正的對待。此次失誤實(shí)際上是蘇聯(lián)最高統(tǒng)帥部的過錯，他卻成了替罪羊。7月5日，羅科索夫斯基中將取代戈利科夫，擔(dān)任布良斯克方面軍司令員，戈利科夫則被降職為沃羅涅日方面軍副司令員。

沃羅涅日位于頓河上游以東公里處，是莫斯科與頓河灣之間主要的公路與鐵路樞紐。由于諸多原因，蘇聯(lián)對該座城市極其重視，而德軍更是對其垂涎三尺。根據(jù)“藍(lán)色”行動方案，德軍第2集團(tuán)軍將在庫爾斯克與沃羅涅日之間建立一處防御陣地，以便在德軍第4裝甲集團(tuán)軍和第6集團(tuán)軍根據(jù)“藍(lán)色”行動第三階段作戰(zhàn)計(jì)劃沿著頓河向沃羅涅日東南部推進(jìn)時保護(hù)其后方?？梢?，該城市對于德軍成功實(shí)施“藍(lán)色”行動至關(guān)重要。同樣，沃羅涅日對于蘇軍在北部和南部之間實(shí)施戰(zhàn)略機(jī)動具有重要的戰(zhàn)略意義。一旦該市落入德軍手中，就可以將其用做后勤支援的跳板，直接進(jìn)攻莫斯科；或者向東推進(jìn)161公里，切斷斯大林格勒―坦波夫―莫斯科之間的鐵路交通，迫使蘇軍為了保持與南部的戰(zhàn)略物資供應(yīng)路線，不管德軍是否在沃羅涅日北部或南部活動，只能夠向東迂回。希特勒認(rèn)為，問題關(guān)鍵在于不能讓沃羅涅日影響到第4裝甲集團(tuán)軍向東南方向推進(jìn)的步伐。7月5日，博克向希特勒建議，沃羅涅日的防御比較薄弱，有可能被輕易攻破。希特勒勉強(qiáng)同意了博克的計(jì)劃。博克立即派遣第40裝甲軍向沃羅涅日南部發(fā)起進(jìn)攻，第4裝甲集團(tuán)軍其余部隊(duì)以最快的速度跟進(jìn)支援。然而，令希特勒大為惱火的是，德軍嚴(yán)重低估了沃羅涅日蘇軍守備部隊(duì)的實(shí)力，德軍不但沒有迅速占領(lǐng)該城，第48和第24裝甲軍反倒在該市陷入困境。直到7月9日，德軍才占領(lǐng)了沃羅涅日。

“藍(lán)色”行動第一階段已經(jīng)結(jié)束，戰(zhàn)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到希特勒的要求。雖然德軍攻占了大片土地，但在頓河西部實(shí)施“大規(guī)模殲滅戰(zhàn)”的過程中，只俘虜了4萬人。當(dāng)?shù)萝姷?裝甲集團(tuán)軍大部分兵力在沃羅涅日激戰(zhàn)時，蘇聯(lián)西南方面軍和南方面軍識破了德軍欲從北部對其分割包圍的圖謀，于是迅速向東撤退。直到7月8日，德軍第1裝甲集團(tuán)軍和第17集團(tuán)軍才開始前進(jìn)，在應(yīng)付蘇軍的后撤戰(zhàn)斗中，進(jìn)展非常緩慢。沃羅涅日一戰(zhàn)使希特勒惱羞成怒，罷免了博克的司令官職務(wù)，7月9日，他首次對“藍(lán)色”行動進(jìn)行重大調(diào)整。如同1941年8月的“第33號元首指令”對于“巴巴羅薩”行動產(chǎn)生重大影響一樣，這次調(diào)整也將對戰(zhàn)斗進(jìn)程產(chǎn)生重大影響。德軍南方集團(tuán)軍群被拆分為A、Ｂ兩個集團(tuán)軍群，A集團(tuán)軍群由陸軍元帥威廉·利斯特指揮，包括第1裝甲集團(tuán)軍、第17集團(tuán)軍、羅馬尼亞第3集團(tuán)軍以及意大利第8集團(tuán)軍。根據(jù)希特勒的計(jì)劃，A集團(tuán)軍群將向東部推進(jìn)，在全殲不斷撤退的蘇軍之前，與第4裝甲集團(tuán)軍會合。隨后，A集團(tuán)軍群將調(diào)頭南下，奪取羅斯托夫，率先向高加索地區(qū)發(fā)起進(jìn)攻。Ｂ集團(tuán)軍群由陸軍元帥馮·魏克斯指揮，下轄第6集團(tuán)軍、第4裝甲集團(tuán)軍、第2集團(tuán)軍以及匈牙利第2集團(tuán)軍。在德軍第6集團(tuán)軍與第4裝甲集團(tuán)軍向東推進(jìn)切斷伏爾加河的同時，仆從國軍隊(duì)以及德軍第2集團(tuán)軍對其北翼提供保護(hù)。攻占斯大林格勒并非德軍的進(jìn)攻目標(biāo)。7月13日，希特勒從第6集團(tuán)軍抽調(diào)第40裝甲軍南下，在羅斯托夫北部161公里處的米勒羅夫諾執(zhí)行合圍任務(wù)。然而，在7月14日，德軍只俘虜了萬人。事實(shí)上，蘇軍已經(jīng)順利撤退到了東部。與1941年不同的是，蘇軍不再一味地堅(jiān)守陣地、頑強(qiáng)抵抗直至被德軍殘酷消滅。7月6日，斯大林終于同意對蘇軍戰(zhàn)略進(jìn)行根本性調(diào)整，允許蘇軍放棄陣地，以便為勝利爭取時間。