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指令规定的总目标是消灭苏军残存的军事力量，并切断它的武器来源。但是，军事力量一词的确切含义未予明确；军事工业中心的位置也未指明。这次作战的特定的主要目标是：在夺取高加索油田和占领高加索山脉中通往土耳其和伊朗的通道之前，先歼灭顿河以西的苏军。所以，无论攻占斯大林格勒，还是进抵伏尔加河，既未列入总目标中，也未列入特定目标中。
如果元首想要占领黑海各港口和中东，夺取高加索通道自然是必要的，如果要想消灭苏联，那就不太相干了。夺取高加索油田则明显地对德国有利，而苏联丧失它却是一个最为沉重的打击。
1940年，苏联的石油总产量为三千一百万吨。到1941年，产量上升到近三千八百万吨。主要原油产地是高加索的三大油田：迈科普、格罗兹尼和巴库。其中以巴库油田的产量为最多，西方人士认为它的产量占苏联石油总产量的百分之八十。另外，据悉，到1942年，这三个油田只占苏联已开发油源的一小部分。因为大量生产石油的地区还有伏尔加河上游地区、卡马（第二次世界大战以来，卡马的产油量超过巴库油田）、乌拉尔、乌赫塔北部，直至里海的东部。这条狭长地带横贯整个苏联南部。1941年，苏联陆军与空军消耗的石油不到四百五十万吨。
当然，人所共知的苏联石油分布与运输的详细情况，本来应当是决定德国东方战略的重要因素。1941年时仅有几条可用的油管，而且其长度和输油能力都有限。从巴库到黑海的巴统港的一条约一千二百英里的主要输油管线，自第一次世界大战以来一直在使用。较短的管线有：从格罗兹尼至里海的土阿朴谢；从阿尔马维尔至罗斯托夫和特鲁道维亚；从里海的古里耶夫至东北方向的奥尔斯克。此外，据德国人估计，每年约有九百万吨石油用内河油船和驳船运往伏尔加。然而，苏联仍然依靠铁路将大批的石油与石油产品运往国内各地。这些铁路网的运输总能力为二千九百万公吨。
希特勒作为德军的最高统帅，下达了执行总指令的各项明确而具体的命令。战役开始是以三路兵力由西向东平行推进。以最北路为先导依次出动各路兵力。第一路，也是最北边的一路，由装甲部队和步兵从库尔斯克附近的地区向东突贯顿河与沃罗涅日，希特勒特别指出，突击的目的是夺取沃罗涅日（该城位于顿河以东约五英里处），尔后，这一路装甲部队转向东南方，迅速向顿河西岸运动，由此向南包抄敌人，与从哈尔科夫地区向东推进的第二路兵力会合，目标是消灭顿河以西的苏军部队。第三路是从南部的塔甘罗格向正东，沿顿河下游的北岸向前推进，以期与来自顿河上游的德军在斯大林格勒地区会合。这是在该项指令的执行条文中首次提到斯大林格勒。元首坚持要尽一切努力抵达斯大林格勒，“最低限度也要能用重武器的火力控制该地区”，使敌人不能再把它作为工业中心或交通枢纽。尽管如此，夺取该城肯定还未构成战略目标的组成部分。
斯大林格勒是伏尔加河畔的一座工业城市，在顿河以东约四十英里处。希特勒坚持夺取该城是没有什么道理的，德军占领它无助于消灭顿河以西的苏军或攻占高加索，因此，遭到哈尔德与包克的反对。控制顿河与伏尔加河之间的这座陆桥仅仅有利于保证德军北翼的安全；而截断伏尔加河的航运却十分重要，因为这样便可切断向北方提供补给品与石油的运输线。因而，没有理由能说明为什么不应当夺取斯大林格勒以南的陆桥，为什么不在上巴斯孔查克附近切断伏尔加河，因为这还可以附带掐断苏联内地与阿斯特拉罕联系的唯一的一条铁路干线。所以，切断斯大林格勒的铁路交通并非至关重要，因为可以不经由斯大林格勒，而取道萨拉托夫。
希特勒坚持夺取斯大林格勒，可能部分是出于心理上的原因。斯大林格勒原名察里律。1918年，伏罗希洛夫、布琼尼和斯大林率领红军守住了这座城市。三个人都声称打退白匪军是他们共同的胜利。斯大林掌权后便篡改了历史。于是，保卫察里津便成了军事上的奇迹，所有的功劳都归于斯大林名下，五年之后，他将这座城市易名为斯大林格勒。希特勒之所以痴心于摧毁该城似乎是因为它载有斯大林的名字，而且它与斯大林早年追求政治权力与军事威望的雄心联系在一起。
简而言之，希特勒设想从库尔斯克与哈尔科夫地区，先向东方，后向东南方发动战略性的主要突击，以围歼顿河以西的苏军。德军向东南方向运动势必使顿河上游一线成为其左侧作战边界。向东南方向进展愈远，顿河翼侧暴露的面就愈大。在攻势发起前，南方集团军群的正面从奥廖尔至塔甘罗格绵亘约五百英里，最后则从奥廖尔到斯大林格勒，然后向南延伸至格罗兹尼地区，再沿高加索山麓折向亚速海，全长约一千三百英里。最初，南方集团军群下辖六十八个德国师，其中只有九个装甲师，七个摩托化师，有三分之二的步兵师已补充到编制人数的百分之八十，其余的十五个师由于缺乏人员和装备只能发挥部分作用。7月，六十八个师减少到五十二个师。北方集团军群与中央集团军群仅剩下九十六个德国师，其中许多师严重缺额，几乎只相当于团的兵力。然而，他们却扼守一条长达一千三百英里的战线，根本不能指望从那里抽调兵力去加强南方集团军群。希特勒迫不得已，只好从西欧与巴尔干抽调部队。但是，他不愿意将西线的兵力减到四十三个师以下，于是他只有向罗马尼亚、意大利和匈牙利盟军施加压力，要求它们为南方集团军群增加二十八个野战师。其中有十二个罗马尼亚师，六个意大利师，十个匈牙利师。他企图使盟军师的总数一直增加到四十四个。大量非德国部队参战，无形中也给整个东南战线内部的安全带来了麻烦。
罗马尼亚人并没有忘记通过《维也纳仲裁书》割让给匈牙利的那部分罗马尼亚领土。两国人是那样互相仇视，以致元首认为有必要下令禁止罗马尼亚军队与匈牙利军队相互接触。意大利人和匈牙利人有很强的民族自尊心，他们对本国部队接受德国人指挥极为反感，也讨厌德国人派兵充实他们的部队。希特勒被迫接受盟军的条件，同意匈牙利和意大利的军队以及有些罗马尼亚军队各自保持国家军队的地位参加新攻势。这便是希特勒缺少人员所造成的后果。希特勒深知盟军的弱点，只能让它们执行力所能及的防御任务。元首亲自为它们挑选的任务就是防守绵长而暴露的顿河东北翼。
第41号指令的真实意图，是以装甲军团分两路从沃罗涅日与塔甘罗格向斯大林格勒附近发动钳形攻势，彻底消灭顿河以西的苏军。只有到那时才能向高加索推进。但是，其后并没有按照这个顺序执行，南路的装甲部队本来应从右翼发起突击，后来改成了中央突破。
包克指挥的南方集团军群奉命为即将发动的战役作准备，并负责实施最初阶段的进攻。接着，南方集团军群将分为两个集团军群A集团军群与B集团军群。包克指挥北部的B集团军群，由德军第6集团军与魏克斯集群组成；利斯特元帅指挥新到达该战区的A集团军群。其新建司令部下辖第1装甲集团军、德军第17集团军与意大利第8集团军。希特勒获悉苏军在哈尔科夫附近受挫，向奥斯卡尔河以东撤退时混乱不堪，便迫不急待地于6月中旬发动这次战役。事实上，部队并未都集结完毕。因此，他决定逐次发动突击，一旦所需要的部队集结完毕，就命令发动进攻。逐次突击还有一个有利条件，就是可以集中所有的空中力量，对每一次进攻单独提供空中支援。这些空中支援均由里希特霍芬指挥的第4航空队实施。第4航空队编成内有第1高炮军、第4航空军与第8航空军。第8航空军只要一解除进攻塞瓦斯托波尔的任务即可参加。第4航空队共拥有十个单引擎战斗机大队、八个远程战斗机大队、十六个轰炸机大队和五个斯图卡战斗轰炸机大队。
攻势的第一阶段的代号是“蓝色一号”行动。由魏克斯集群于6月28日从北部库尔斯克地区发起。魏克斯集群编成内有魏克斯指挥的第2集团军、詹内上将指挥的匈牙利第2集团军与赫特指挥的第4装甲集团军。共有六个匈牙利师、十七个德国师，其中有三个装甲师、两个摩托化步兵师。步兵部队抵达顿河后将占领顿河防线的北翼与东翼，同时，赫特的装甲部队迅速向南运动。两天后，开始战役的第二阶段，代号为“蓝色二号”行动。保卢斯指挥的第6集团军将从哈尔科夫地区向东，向魏克斯集群以南的顿河发动进攻，包围旧奥斯卡尔地区的苏军，然后向东南方赫特的右翼运动。第6集团军下辖十八个德国师，其中有两个装甲师，一个摩托化师。数天后，由A集团军群、克莱斯特的第1装甲集团军和鲁奥夫集群发动最后突击，代号为“蓝色三号”行动，亦称“克劳塞维茨”行动。这支实施合围的右路军没有从塔甘罗格地区沿顿河下游向斯大林格勒实施主要突击，而改在北部约一百五十英里处的阿尔条莫夫斯克附近，发动主要突击。变化的原因是：A集团军群没有足够的进攻力量使它能远离第6集团军的翼侧保障；它也缺少横渡靠近北顿涅次河河口的宽阔河面所需的架桥器材。战术上的考虑，大大地改变了或部分地放弃了第41号指令的战略原则。
在这项改变的计划中，克莱斯特指挥的四个罗马尼亚师和十一个德国师从阿尔条莫夫斯克…伊久姆向正东发动进攻。十五个师中，只有三个装甲师，一个摩托化步兵师。同时，在最右翼，由第17集团军与加里博尔迪指挥的意大利第8集团军组成的鲁奥夫集群担负着牵制亚速海地区敌人的辅助任务，因为它没有足够的力量在右翼向斯大林格勒发动突击。这项进攻计划已不是一项大规模的战略包围计划、而是降低为只有几处小规模战术包围的计划了。
尽管攻势是在盛夏发动的，但仍可预料到补给上和运输上困难重重。铁路运输效率依然很低，只靠三条东西向的铁路动脉，其终点站是库尔斯克、哈尔科夫与戈尔罗夫卡…斯大林诺地区。北部的干线从库尔斯克出发向东直抵沃罗涅日；南部的干线从戈尔罗夫卡…斯大林诺地区向东抵达斯大林格勒。两条干线均需重新铺设，德国才能使用。在哈尔科夫地区没有通往东部的铁路。向顿河下游运动的第4装甲集团军与第6集团军得不到与其进攻轴线平行的沃罗涅日…米列罗沃铁路线的支援，因为从沃罗涅日至斯沃博达这段铁路线位于顿河东岸，希特勒特别强调不许德军在顿河以东占领大型桥头堡。对德国人有价值的通往高加索唯一的一条铁路线是在罗斯托夫跨过顿河大桥。看来靠铁路进行补给是困难的，因此还得使用汽车运输部队。但是，车辆与油料的状况并不比去年夏季好，因而汽车的运输能力也是有限的。所有步兵师只好继续以骡马的速度向前推进。
德国在收集敌人的战术情报方面工作是出色的，但战略情报的收集却依然很差。总之德国人在拟定计划时从不考虑苏联的战略、可能的企图或苏军的部署等因素。在顿河以西的苏军部队是否会遭到歼灭，就取决于苏军最高统帅部当时的防御对策了。如果它坚持死守，这些苏军部队就会覆灭；相反，如果它接受哈尔科夫失败的教训这场失败堪与德国人不久在斯大林格勒遭受的失败相提并论苏军部队就会退避至顿河对岸，且给德军北翼造成威胁。数周前，在顿涅次河与奥斯卡尔河之间，苏军巧妙而机敏地实施撤退，就避开了敌人的包围。
在苏联方面，哈尔科夫的失败使铁木辛哥指挥的西南战区元气大伤、混乱不堪。接着便改编了部队，自然也改组了高级指挥机构。西南战区司令部被撤销了。铁木辛哥仍然指挥西南方面军。从此，西南方面军、布良斯克方面军与南方方面军均归最高统帅部直接指挥。克里木方面军被消灭后，又组建了一个由布琼尼指挥的新的方面军北高加索方面军。莫斯科获悉德军进攻己迫在眉睫，布良斯克方面军可能首当其冲。但是，苏联战略情报部门判断，这次进攻是德军为迂回和包围莫斯科而向东北方向发动大规模攻势的前奏。这种判断是根据德国人可能确定的企图作出的。如同过去一样，克里姆林宫自然不会因为它没有摸透德国元首战略的玄虚而遭受什么责难。为了抗击德军的进攻，苏军最高统帅部用四个坦克军（相当于十个步兵师和四个坦克旅的兵力）增援戈利科夫指挥的布良斯克方面军。但是，德军的进攻打得布良斯克方面军与西南方面军措手不及，狼狈不堪。
6月28日晨二时十五分，魏克斯集群中赫特指挥的第4装甲集团军，在第8航空军的大力支援下，向沃罗涅日发动进攻，德军第2集团军负责掩护其左翼。进攻的目标是普霍夫指挥的苏军第13集团军与帕尔谢戈夫指挥的第40集团军。德军在两个集团军之间打开一个大突破口。布良斯克方面军错在零星使用坦克部队。两天后，保卢斯向西南方面军所辖的戈尔多夫的苏军第21集团军与里亚比谢夫的第28集团军发动进攻，切断它们的联系。7月2日，魏克斯与保卢斯的部队在旧奥斯卡尔附近会合，完成了首次战术合围，包围了苏军第21与第40集团军的部分部队，并俘获大量的俘虏。7月6日，赫特指挥的德军第4装甲集团军越过顿河，向沃罗涅日发动一次装甲突击，攻占了该城，敌人撤离。此时苏军最高统帅部仍认为德国的战略目标是莫斯科。于是，它从后备队中抽调一个坦克集团军与两个步兵集团军开始向顿河以东的沃罗涅日地区运动。
战役的第二周，希特勒与包克发生了分歧。这只是一系列分歧中的第一个。希特勒认为顿河可掩护进攻军队的左翼，所有的装甲部队应迅速向南调动，把顿河防线留给极少数的步兵师防守。希特勒在�