6 июля 5-я советская танковая армия нанесла контрудар южнее Ельца по флангу армейской группы «Вейхс». Командующий армией генерал-майор А. И. Лизюков решил, не ожидая прибытия всех корпусов, начать 6 июля боевые действия только одним 7-м танковым корпусом. Остальные вводились в бой по мере подхода: 11-й танковый – 7 июля, а 2-й танковый – 10 июля. Поэтому добиться существенных результатов наши войска не смогли. Однако это заставило немецкое командование повернуть на север 24-й танковый корпус и три пехотные дивизии и тем самым ослабить удар на Воронеж. Активными действиями советские войска сорвали и попытку врага расширить прорыв к северу от Воронежа, вдоль Дона. 4-я немецкая танковая армия, завязнув в этих боях, утратила запланированный темп продвижения. Но и 5-я танковая армия понесла в этих боях серьёзные потери. На 6 июля в её составе насчитывался 641 танк (83 KB, 228 Т-34, 88 МК-II «Матильда» и 242 Т-60), а 17 июля осталось только 158 (26 KB, 98 Т-34, 37 «Матильд» и 139 Т-60).
К середине июля прорыв советско-германского фронта на юге достиг по глубине 150– 400 км. Под ударами немецких армий советские войска отошли к Воронежу, оставили Донбасс и богатые сельскохозяйственные районы правобережья Дона. Немецким войскам удалось выйти в большую излучину Дона, захватить важный стратегический пункт – Ростов, форсировать Дон в его нижнем течении и создать непосредственную угрозу Сталинграду и Северному Кавказу. Советскому руководству стал окончательно ясен замысел гитлеровского командования: ударом на Сталинград перехватить Волгу и, отрезав весь юг от центральных районов страны, бросить все силы на захват Кавказа и кавказской нефти.
На рассвете 23 июля северная ударная группировка врага превосходящими силами начала наступление против правофланговых дивизий 62-й армии. С первых же минут борьба приобрела ожесточённый характер. К исходу второго дня боёв немцы прорвали фронт. Чтобы не допустить дальнейшего продвижения прорвавшейся группировки противника, командующий Сталинградским фронтом генерал В. Н. Гордов принял решение нанести по ней удар 13-м танковым корпусом и остановить её. Утром 24 июля 13-й танковый корпус (74 танка Т-34 и 49 Т-70) перешёл в наступление. Организованный наспех контрудар не дал ощутимого результата. Противник отбил все атаки и через двое суток подвижными частями вышел к Дону севернее Калача.
25 июля, бросив в атаку сразу около 100 танков, перешла в наступление южная группировка противника. К исходу дня немцам удалось прорвать фронт. Создавалась серьёзная угроза охвата с юга всей 62-й армии. Вечером 26 июля советское командование решило нанести контрудар силами не до конца сформированных 1-й и 4-й танковых армий, а также частью сил 21, 62 и 64-й армий по войскам противника, прорвавшимся к Дону. В войсках, участвовавших в нанесении контрудара, имелось до 550 танков.