И тут пришло донесение, что 24-я танковая дивизия с 26-м усиленным стрелковым полком в своем составе создала плацдарм на одной из донских переправ. Батальоны полка шли по ней, смешавшись с отходящими русскими колоннами. Поздним вечером разведывательные подразделения стояли в 3 км от Воронежа.
Сосед слева, моторизированная дивизия «Великая Германия», обеспечивавшая фланговую защиту 24-й танковой дивизии на севере, сама выдвинулась быстро вперед и 4 июля, также вечером, около 18.00 часов, стояла у Дона. Далее к Дону вышла 16-я мотопехотная дивизия, а именно её усиленный мотоциклетный батальон.
Советы не взорвали мост через Дон у Семилук, через который путь лежал прямо на Воронеж. Они сами хотели его использовать для перехода через Дон своих армий. Нанося сильные контрудары, введя в дело танки Т-34, они пытались удерживать немецкие войска на дистанции от моста и оборонять широкий плацдарм на западном берегу.
Около 20.00 4 июля обер-лейтенант Блюменталь с ротой солдат из состава «Великой Германии» взял мост через Дон, важный для выхода к Воронежу, и создал плацдарм на восточном берегу. Советы хотели спешно взорвать мост, но не успели подготовить электровзрыватели и использовали обычные шнуры, соединенные с заложенным под фермами моста динамитом. Шнуры быстро выгорали, приближался взрыв.
В этот момент унтер-офицер Гемпель прыгнул в воду, прошел по шею в воде вдоль под мостом и оборвал горящие бикфордовы шнуры. Им оставалось гореть всего 20 см. Если бы это произошло, рванули бы 60 кг динамита. В это время русские колонны с запада все ещё шли по мосту. На восточном берегу они были встречены ротой Блюменталя. Мост был в наших руках. Удастся ли теперь взять Воронеж с ходу? Оседлав штурмовые орудия, подразделения пехотного полка из состава дивизии «Великая Германия» провели в направлении Воронежа массированную скоротечную разведку боем. Им удалось пробиться к вокзалу. Однако их пришлось позднее отвести вследствие жестоких контрударов мощных сил оборонявшихся. Тем не менее мы уже были в городе. Это побудило фон Бока не следовать предложению Гитлера оставить Воронеж в покое, а атаковать город. Он хотел использовать благоприятные факторы конкретного момента и с ходу взять его. Он надеялся, что ему в нужный момент из района Воронежа удастся зайти своими подвижными войсками в тыл армиям Тимошенко и лишить их возможности отхода через Дон: это было ещё одной принципиальной ошибкой, которая шаг за шагом приближала трагедию Сталинграда.
Когда раскаленный страшной 40-градусной жарой день 5 июля сменился ночью, оба мотопехотных полка из состава дивизии «Великая Германия», а также танки и мотоциклисты стояли у Воронежа, заняв к востоку от Дона обширные плацдармы, чтобы прикрыть подходящие в направлении на север пехотные дивизии. Но здесь обнаружились последствия ошибочной оценки противника со стороны командования группы армий — город полностью, до отказа был наводнен русскими войсками. Предприняв особые усилия, они очень оперативно укрепили Воронеж.
Когда об этом узнал Гитлер, он, наконец, отреагировал энергично. Теперь он строго запретил развивать наступление на город. «На юг, на юг», — призывал он. Но 6 июля части 24-й танковой дивизии и дивизии «Великая Германия» находились в городе. Кажется, русские уклонялись от боевого соприкосновения. И тут Гитлер также поддался соблазну момента и снова разрешил взятие Воронежа. Но одновременно он приказал, чтобы по крайней мере один танковый корпус продолжал наступать в направлении на юг, выходя без промедления к нижнему течению Дона. 4-й танковой армии ставилась задача как можно быстрее высвободить другие танковые части для поддержки этого танкового корпуса.
Эти меры означали утрату необходимой остроты и некоторую размытость в начале второй фазы операции «Блау». Несмотря на то что бои за Воронеж вначале велись с применением танковых войск, которые, вообще-то, не особенно пригодны для такого образа действий, у Бока раз за разом «изымались» наиболее боеспособные дивизии, которые впоследствии застряли южнее Воронежа, прежде всего по причине нехватки горючего. Таким образом, группа армий «Юг» в боях за Воронеж не была более достаточно сильной для решительных действий, а также для удара в направлении на юг, и для оперативного блокирования Дона сил одного корпуса даже с приданными другими мобильными частями было слишком мало.