Выполняя приказ Ставки, войска Юго-Западного фронта к концу октября отошли на рубеж Тим (140 км севернее Волчанска), западнее Купянска — Изюма — Красного Лимана, и здесь организовали оборону. Войска Южного фронта к этому времени правым крылом закрепились на рубеже Красный Лиман — Дебальцево, а войска левого крыла (18-й и 9-й армий) под давлением противника к исходу 4 ноября отошли на 30—35 км к востоку от указанного Ставкой рубежа — на линию Дебальцево — Красный Луч — Больше-Крепинская — Хопры.
Таким образом, в октябре 1941 г. противнику удалось захватить почти всю Левобережную Украину, выйти на подступы к Ростову и занять юго-западную часть Донбасса. Оттеснив на восток войска Южного фронта, он получил возможность возобновить наступление на Крым.
Советское командование решило использовать выгодное охватывающее положение армий Южного фронта по отношению к немецкой 1-й танковой армии для разгрома последней и предотвращения, таким образом, опасности прорыва противника на Кавказ. С этой целью из выведенных в резерв дивизий Юго-Западного и Южного фронтов в район Каменска началось формирование новой 37-й армии, которую намечалось использовать в качестве ударной группировки Южного фронта.
До сформирования 37-й армии, готовность которой была определена к 15 ноября, главная задача Южного фронта и прикрывавшей Ростов 56-й Отдельной армии заключалась в том, чтобы сдержать противника и прикрыть сосредоточение ударной группировки, а также не допустить захвата немецкими войсками Ростова и плацдарма на южном берегу Дона.
Немецкое командование стремилось поскорее захватить Кавказ с его богатыми нефтяными районами. Поэтому 1-я танковая армия группы армий «Юг» после выхода к Таганрогу получила приказ уничтожить советские войска, находившиеся севернее Таганрога, и захватить плацдарм на южном берегу Дона между Ростовом и Цимлянской (200 км восточнее Ростова). После этого предполагалось развить наступление на юг и в первую очередь захватить Майкоп и Туапсе.
Командование группы армий «Юг», чтобы избежать штурма укреплений на подступах к Ростову, решило главный удар нанести в обход Ростова с севера через Шахты.
После захвата плацдармов на южном берегу р. Дон планировалось часть сил 1-й танковой армии повернуть на север с тем, чтобы совместно с войсками правого фланга 17-й армии, которые должны были прорваться на ворошиловоградском направлении, окружить войска Южного фронта в восточной части Донбасса.
Наступление противника началось утром 5 ноября. На правом фланге 9-й армии против двух дивизий, занимавших оборону от Дьяково до Лысогорка, перешли в наступление четыре немецкие дивизии (две танковые, одна пехотная и одна моторизованная), наносившие главный удар на Шахты.
Сражение сразу же приняло ожесточенный характер. Уже в первый день 9-я армия по указанию командования фронта нанесла контрудар по вклинившемуся на узком участке фронта противнику. Попытки врага в последующие дни развить удар в направлении Шахт и далее на Новочеркасск, Ростов успеха не имели. Лишь к исходу 8 ноября за четыре дня боев противнику ценою больших потерь удалось потеснить 9-ю армию на 30—35 км на восток. Однако тактический успех противника не был развит в оперативный.
В результате потерь, понесенных войсками противника, командованию группы армий «Юг» 8 ноября пришлось отказаться от дальнейшего наступления, и фронт на новошахтинском направлении стабилизировался до 17 ноября на рубеже Ровеньки, устье р. Б. Несветай. Стойкая и упорная оборона войск 9-й армии позволила произвести сосредоточение войск, объединенных в 37-ю армию, и подготовку их к контрнаступлению.
На ворошиловоградском направлении наступление противника к 21 ноября также было остановлено 12-й армией севернее Кадиевки.
Вынужденное отказаться от обходного маневра через Шахты, немецкое командование поставило перед 1-й танковой армией задачу — захватить Ростов ударом с северо-запада. 17 ноября противник возобновил наступление на Ростов. В этот же день началось контрнаступление войск Южного фронта, ударную группировку которых составляла 37-я армия. Немецкое командование вначале недооценило наступление советских войск и продолжало силами 1-й танковой армии выполнять задачу по захвату Ростова.
Главный удар противником был нанесен по 56-й Отдельной армии, занимавшей оборону на фронте протяженностью 75 км с оперативной плотностью 10—16 км на одну дивизию. К моменту наступления противника рубеж обороны не был подготовлен в инженерном отношении.
С утра 17 ноября на ростовском направлении развернулась ожесточенная борьба, длившаяся пять дней. Ценою больших потерь противнику удалось 21 ноября ворваться в город.
К этому времени советские войска, наступавшие на большекрепинском направлении, нависли над флангом и тылом ударной группировки противника в районе Ростова. Поэтому ни о каком продолжении наступления врага от Ростова на Кавказ не могло быть и речи. Его войска заняли оборону фронтом на север, восток и юг.