Однако быстрое изменение обстановки не позволило осуществить этот замысел. Корпуса не успевали в срок прибыть в указанные районы и вводились в бой неодновременно, управление ими не было организовано, командиры действовали по своему усмотрению, боялись оторваться от пехоты. Не были организованы артиллерийская поддержка и взаимодействие с авиацией.
Подобная картина имела место и на уровне подразделений. Вот что вспоминал об этих днях бывший командир 109-й танковой бригады 16-го танкового корпуса В. С. Архипов:
В результате подобных действий и 16-й, и все остальные танковые корпуса были поистине «измочалены», так и не сумев остановить противника. К 13 июля в 16-м танковом корпусе из 181 танка осталось 45, и лишь 20 из них были боеспособны. Из 88 «тридцатьчетвёрок» корпуса в строю осталось только 6 боевых машин. За четыре дня боёв 17-й танковый корпус потерял 132 танка из 179 (все KB, 62 Т-34 из 88, 47 Т-60 из 68).
К исходу 2 июля противник продвинулся на глубину 60– 80 км. Его подвижные соединения вышли к железной дороге Касторное – Старый Оскол и охватили с севера левофланговые дивизии 40-й армии, продолжавшие вести бои на главной полосе обороны.
К этому времени осложнилась обстановка на правом крыле Юго-Западного фронта. Утром 30 июня ударная группировка 6-й немецкой армии перешла в наступление и прорвала оборону соединений 21-й и 28 -й армий. Развивая успех на северо-восток, основные силы 6-й немецкой армии к исходу 2 июля продвинулись на глубину до 80 км и вышли в районы Старого Оскола и Волоконовки, тем самым значительно ухудшив положение советских войск на воронежском направлении. Часть соединений 40-й и 21-й армий Брянского фронта оказалась в окружении.
4 июля соединения 4-й танковой армии генерала Гота вышли на подступы к Воронежу. В течение двух последующих дней немецкие войска захватили плацдарм на левом берегу Дона и в тот же день овладели большей частью города. 10 дней шли ожесточённые бои на улицах западной части Воронежа. Однако дальнейшее продвижение противника было остановлено организованным сопротивлением советских войск.
6 июля 5-я советская танковая армия нанесла контрудар южнее Ельца по флангу армейской группы «Вейхс». Командующий армией генерал-майор А. И. Лизюков решил, не ожидая прибытия всех корпусов, начать 6 июля боевые действия только одним 7-м танковым корпусом. Остальные вводились в бой по мере подхода: 11-й танковый – 7 июля, а 2-й танковый – 10 июля. Поэтому добиться существенных результатов наши войска не смогли. Однако это заставило немецкое командование повернуть на север 24-й танковый корпус и три пехотные дивизии и тем самым ослабить удар на Воронеж. Активными действиями советские войска сорвали и попытку врага расширить прорыв к северу от Воронежа, вдоль Дона. 4-я немецкая танковая армия, завязнув в этих боях, утратила запланированный темп продвижения. Но и 5-я танковая армия понесла в этих боях серьёзные потери. На 6 июля в её составе насчитывался 641 танк (83 KB, 228 Т- 34, 88 МК-II «Матильда» и 242 Т-60), а 17 июля осталось только 158 (26 KB, 98 Т-34, 37 «Матильд» и 139 Т- 60).
К середине июля прорыв советско-германского фронта на юге достиг по глубине 150– 400 км. Под ударами немецких армий советские войска отошли к Воронежу, оставили Донбасс и богатые сельскохозяйственные районы правобережья Дона. Немецким войскам удалось выйти в большую излучину Дона, захватить важный стратегический пункт – Ростов, форсировать Дон в его нижнем течении и создать непосредственную угрозу Сталинграду и Северному Кавказу. Советскому руководству стал окончательно ясен замысел гитлеровского командования: ударом на Сталинград перехватить Волгу и, отрезав весь юг от центральных районов страны, бросить все силы на захват Кавказа и кавказской нефти.
На рассвете 23 июля северная ударная группировка врага превосходящими силами начала наступление против правофланговых дивизий 62-й армии. С первых же минут борьба приобрела ожесточённый характер. К исходу второго дня боёв немцы прорвали фронт. Чтобы не допустить дальнейшего продвижения прорвавшейся группировки противника, командующий Сталинградским фронтом генерал В. Н. Гордов принял решение нанести по ней удар 13-м танковым корпусом и остановить её. Утром 24 июля 13-й танковый корпус (74 танка Т-34 и 49 Т-70) перешёл в наступление. Организованный наспех контрудар не дал ощутимого результата. Противник отбил все атаки и через двое суток подвижными частями вышел к Дону севернее Калача.