1941年10月6日第1裝甲集群改換門庭升級為第1裝甲集團軍，司令克萊斯特。同月第1裝甲集團軍會同第11集團軍實施“亞速海會戰”，隨後與第17集團軍共同進軍頓涅茨盆地，奪取蘇聯重要的煤、鐵鋼生產基地頓巴斯工業區。
11月5日第1裝甲集團軍徑直衝向高加索門戶羅斯托夫，21日下轄的第3摩托化軍攻佔羅斯托夫，但蘇西南方面軍從北方的反攻嚴重威脅到德軍的側翼後方。27日克萊斯特不得不私自下令第3摩托化軍於28日夜撤出羅斯托夫。12月2日第1裝甲集團軍撤過米烏斯河，在後備力量支持下擋下蘇軍的進一步進攻。
1942年5月12日蘇西南方面軍對沃爾昌斯克—哈爾科夫地域的德第2、6集團軍發動進攻，意圖合圍第6集團軍，收復哈爾科夫。17日第1裝甲集團軍和第17集團軍部分兵力組成克萊斯特集群，隱蔽實施“腓特烈行動”，從巴爾文科沃突出部的東南方向斯拉維揚斯克—克拉馬托爾斯克地域對蘇南方面軍第9集團軍發起猛烈奇襲，一天內突進40公里奪佔巴爾文科沃。5月23日克萊斯特集群與第6集團軍在頓涅茨河巴拉克列亞以南10公里會師，實現對蘇第6、57、28集團軍和第9集團軍一部的合圍，戰至5月29日，蘇西南方面軍副司令科斯堅科戰死，蘇軍損失28萬人，其中17萬人死亡、失蹤、被俘。
6月22-26日第1裝甲集團軍實施“腓特烈二世行動”，渡過頓涅茨河，消滅伊久姆地帶2萬餘蘇軍，奪取了良好的出發陣地，也為下一步行動掃清障礙。
6月28日德軍南線戰略性進攻的“藍色方案”啟動。7月9日希特勒與德軍高層就戰略方向、實施重點發生嚴重分歧，南方集團軍群拆分為A、B集團軍群。第1裝甲集團軍歸屬李斯特的A集團軍群，執行南下高加索奪取油田重任。
7月26日A集團軍群發生代號“火絨草”（operation edelweiss）的進攻，第1裝甲集團軍為A集團軍群中路軍，指向邁科普。30日約德爾在軍事會議上認為“令人感到壯志在胸的是，高加索山脈的命運將在斯大林格勒敲定……現在有必要將A集團軍群的部分兵力調遣至B集團軍群。”希特勒同樣認為南部蘇軍已潰散，失去有效抵抗能力，採納約德爾的建議。31日下令第4裝甲集團軍重新配屬B集團軍群，從西南方向攻向斯大林格勒。其下屬第40裝甲軍留給第1裝甲集團軍，原由第4裝甲集團軍承擔的攻佔格羅茲尼、巴庫的任務一併歸於第1裝甲集團軍。
8月2日第1裝甲集團軍第3、40裝甲軍相繼突破蘇馬內奇河防線，進入北高加索地區。9日第13裝甲師在勃蘭登堡特種部隊配合下攻佔邁科普，但油田設施遭受嚴重破壞。12日開始第1裝甲集團軍經西高加索山脈攻向黑海港口城市圖阿普謝。但初期進展後，山口、峽谷複雜的地形限制了德軍的機動，德軍在崇山峻嶺中苦苦掙扎，18日在距圖阿普謝30英里處攻勢陷入困境。
向東南里海方向進擊的第40裝甲軍第3裝甲師8月10日奪取皮亞季戈爾斯克，第23裝甲師拿下礦水城，抵達捷列克河。西高加索山脈的攻擊受阻後，克萊斯特抽調第3裝甲師加強捷列克河方向以尋求突破。8月25日第3裝甲師經激烈巷戰奪取莫茲多克，30日搶渡捷列克河並在增援的第52軍支持下堅守住橋頭堡陣地。但德軍的進軍到此已是強弩之末，蘇軍也不再延續前期的大步後撤，而是依託有利地形就地堅守，並採取堅強有力的反擊，德軍快速進軍格羅茲尼和巴庫的希望也就此落空。
從渡過頓河，第1裝甲集團軍鞍馬不停頓的向前進軍400-500公里，人員疲憊、兵員損耗、油料後勤補給缺乏。尤其是支援的第8航空軍大部調至斯大林格勒戰場後，德軍喪失制空權，日以繼夜的遭受蘇軍轟炸。
9月8日德軍沿整個高加索前線的進攻停頓，9日希特勒解除李斯特A集團軍群司令職務，自己兼任。
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