德國空軍的攻勢
在1942年10月的第一週，希特勒意識到德國人在即將到來的冬天露營之前佔領高加索地區是不切實際的。即使他無法獲得油田，希特勒還是決定使蘇聯無法繼續使用它，因此他命令德國空軍總司令部儘可能摧毀該油田。
10月8日，希特勒要求空軍在10月14日前發動進攻。因此，第4航空隊的第4航空軍被命令將所有可用的轟炸機派到格羅茲尼的油田。此時，第4航空隊的狀況已經非常糟糕。在“藍色方案”開始之初，里希特霍芬有480架轟炸機，其中323架處於正常狀態。目前，他還剩下232架飛機，其中只有129架可以戰鬥。儘管如此，這支部隊仍然能打出有力一擊。對煉油廠的打擊使里希特霍芬想起了幾個月前塞瓦斯托波爾的空襲。來自煉油廠的濃黑煙升至5500。隨後的10月12日空襲造成了進一步的損失。沒有趁早投入力量打擊格羅茲尼和巴庫的煉油設施是一次戰略錯誤。蘇聯空軍駐紮在斯大林格勒；破壞油田設施可能給蘇聯造成的破壞要大於對該城市的佔領。 11月9日，蘇聯對斯大林格勒發動的反擊導致里希特霍芬將空軍撤至伏爾加河以北，從而結束了空襲。
格羅茲尼遭受了毀滅性的打擊，但其餘油田卻得不到對德國陸軍和戰機的後勤支持。格羅茲尼位於捷列克河附近的第4航空軍轟炸機的範圍內。但是，在德國人手中格羅茲尼和麥克普油田的產量僅佔蘇聯燃料總產量的10％。巴庫的主要油田不在德國戰鬥機的範圍內，而德軍轟炸機就必須冒著沒有戰機護航的危險，明目張膽地飛著直線航線才能飛抵巴庫。德國空軍在8月的蘇聯空軍衰弱時期能夠執行這種任務，但是當10月蘇軍重新獲得戰鬥力時，這種可能性就消失了。
B集團軍群：伏爾加
7月23日，B集團軍群主體開始向頓河進軍。蘇軍新建的斯大林格勒方面軍，第62和第64軍，對德軍的進攻進行了激烈的抵抗。 7月26日，第14裝甲集團軍突圍抵達唐。新建的蘇聯第1和第4坦克集團軍發動了一些徒勞的反擊。在南部，第4裝甲集團軍在對第51集團軍的作戰裡收穫更多。渡過頓河之後，德軍朝科捷利尼科沃進軍，並於8月2日到達。由於蘇聯的抵抗，保盧斯認為第6集團軍的實力不足以獨自越過頓河，並等待第4裝甲集團軍向北進軍。截至8月4日，德軍距離斯大林格勒市仍為97公里。
到8月10日，位於頓河西岸的大部分蘇軍已被殲滅，但零星而持續的抵抗仍然減慢了B集團軍群的推進。由簡陋的俄羅斯道路引致的補給困難也在妨礙德國人進軍斯大林格勒。德國空軍使用了一架300 架Ju 52的運輸機迅速建立了運輸機隊，以使陸軍能夠繼續前進。一些原本執行作戰任務的轟炸機甚至被編入“斯大林格勒運輸區域部隊”充當運輸機。由於蘇聯在頓河地區的抵抗，德軍將部隊集中在越來越脆弱的戰線上，同時抽空了用來保護側翼的預備力量。蘇軍在斯大林格勒和沃羅涅日之間的B集團軍群北部發起了幾次反擊。 8月20日至28日，第63集團軍和第21集團軍在綏拉菲莫維奇附近發動反擊，擊退了意大利第8集團軍。蘇軍第1近衛集團軍在新格里高列夫斯卡亞附近發動反擊，擴大其橋頭堡。頓河西岸的這些和其他蘇聯橋頭堡抵抗了意大利第8集團軍，匈牙利2集團軍，對軸心國軍隊構成了持續的威脅。
8月23日，第6軍越過頓河，B集團軍群沿頓河的大彎處建立了防線。那天，第6集團軍到達斯大林格勒北部郊區，開始了對斯大林格勒的戰鬥。匈牙利，意大利和羅馬尼亞軍隊距離斯大林格勒60公里。斯大林格勒落入前線空軍基地的攻擊範圍之內，第4航空艦隊對它發動空襲，將其變成廢墟。蘇方報告了955名平民傷亡和1181人受傷（這是初步估計，隨後的報道可能會誇大數千人的傷亡。）
第6集團軍從北面卡拉奇方向進攻，第4裝甲集團軍從南面科捷利尼科沃方向進攻。在最初的幾天裡，第14裝甲軍在第6集團軍大部和斯大林格勒北部郊區之間開闢了一條走廊。在南部，蘇聯抵抗軍擊退了第4裝甲集團軍。8月29日，霍特手下的部隊繼續進攻，向西直搗第64集團軍的中心。攻擊出乎意料地成功。第4裝甲集團軍衝到了第62和第64集團軍的後方。搶得一次將62集團軍分割包圍的機會。魏克斯命令第6集團軍完成合圍，但蘇聯的反擊將德軍拖了三天，令包圍圈裡的蘇軍得逃向了斯大林格勒。德軍的突飛猛進使蘇軍士氣低落，蘇軍放棄了城外的保衛圈，匆匆撤退。第6集團軍擊退了蘇聯的最後一次反擊，於9月2日恢復了進攻，並於第二天和第4裝甲集團軍會師。德軍於9月12日進入斯大林格勒。
