В полдень 1 июля 4-я танковая армия отправила 16-ю моторизованную пехотную дивизию на юго-восток к Старому Осколу, в то время как 100-я легкая пехотная дивизия 6-й армии повернула на север вдоль реки Оскол. По замыслу фон Бока они должны были окружить основные силы советских 21-й и 40-й армий. Однако замысел на сей раз удался лишь частично. Хотя уже к вечеру этого дня части 6-й армии захватили плацдармы на восточном берегу реки Оскол, 16-я МПД вскоре наткнулась на советские танковые части и запросила помощи с воздуха. Однако Рихтхофен обвинил мотопехоту в трусости, мол, испугалась «сильного врага», который «просто выехал навстречу на трех грузовиках!». Когда же штурмовики и бомбардировщики все-таки появились в районе Старого Оскола, большей части советских войск уже удалось отойти. Советское командование все-таки сделало вывод из катастроф в Керчи и под Харьковом. При малейшей угрозе охвата и окружения войска сразу получали добро на отход. В результате котел, к разочарованию фон Бока, оказался почти пустым.
Вечером «Штуки», «Хеншели», а также зенитчики VIII авиакорпуса отразили плохо организованную контратаку сразу четырех советских танковых корпусов в семидесяти километрах к западу от Воронежа. В степи танки КВ-1, Т-34 и Т-60 стали легкой добычей для новых штурмовиков Hs-129, a также «церштореров» Bf-110. Заходя с тыла, они вставали в круг и без труда расстреливали их из пушек, целясь в моторные отсеки, которые почти не имели бронирования. В результате только 16-й танковый корпус потерял, в том числе вследствие авиаударов, 68 танков, в том числе 15 тяжелых.
«Противник почти в точности реализует свой план, изложенный в захваченной 19.6 директиве, констатировал штаб Брянского фронта. Направление главного удараВоронеж, удар в направлении Ливны, Елец и Задонскприкрытие удара главного направления». Однако о дальнейших намерениях немецкого командования оставалось только гадать, так как через Воронеж немцам открывалась прямая дорога на Тамбов, Саратов, возможно, даже Куйбышев, а Сталин и вовсе испугался, что это новое наступление на Москву!
Когда вечером 2 июля оперативная группа штаба Брянского фронта, отправившаяся в Воронеж руководить растянувшимся на восток левым флангом, прибыла в город, офицеры увидели там пугающую картину, до боли напоминавшую кошмарное лето годичной давности. Повсюду виднелись следы бомбежки, многие здания лежали в руинах, в небо поднимались огромные столбы дыма от пожарищ, которые почему-то никто не тушил. На улицах повсюду валялись трупы лошадей и обрывки проводов, а по шоссе, ведущему на восток, тянулись бесконечные вереницы беженцев, в основном женщины, обвешанные узлами, и плачущие дети. Начитавшись в газетах пропагандистских статей о лютых зверствах гитлеровцев на оккупированных территориях, большинство жителей Воронежа, узнав о приближении немцев, в панике бежали из города.
Уже вечером 3 июля, преодолев за шесть дней 130 км от исходных позиций, передовые подразделения 24-й танковой дивизии и дивизии «Гроссдойчланд» достигли Дона в районе городков Семилуки и Гремячье. К тому моменту 40-я советская армия была полностью разгромлена и разделена на три изолированные части. Некоторые подразделения отошли на юг, несколько дивизий оказались в тылу у противника в районе Касторного, а на восточный берег Дона успела отойти лишь 232-я стрелковая дивизия. Поэтому уже утром следующего дня немцы, не встречая сопротивления, форсировали реку, а к вечеру группа автоматчиков проникла в рощу Длинная, расположенную на южной окраине Воронежа, откуда стала обстреливать улицы города. Им удалось подстрелить даже несколько высокопоставленных офицеров, в частности, был ранен начальник управления артиллерии Брянского фронта генерал-майор Дмитриев. Наступление активно поддерживали «церштореры», которые с малой высоты бомбили и обстреливали позиции советских войск, дороги и тылы. Они же снова понесли серьезные потери, в районе Воронежа зенитным огнем были сбиты Bf-110E-1 W.Nr. 4018 «2S+LN» и Bf-110E-2 W.Nr. 4403 «2S+CP» из II./ZG2. Оба экипажа погибли. Еще два сто десятых были подбиты советскими истребителями.
В этой кампании немецкие «церштореры», можно сказать, обрели «вторую молодость», став одним из основных самолетов поддержки сухопутных войск наравне со «Штуками» и «Хеншелями». Причем они в прямом смысле слова играли роль «разрушителей», обстреливавших войска на марше, подавлявших артиллерию, атаковавших железнодорожные эшелоны, аэродромы и дороги в тылу противника. Но они же несли и самые высокие потери. Только за первую неделю операции «Блау» с 28 июня по 4 июляZG1 и ZG2 потеряли 23 Bf-110, из которых 7 было сбито огнем с земли, 6 пропало без вести и как минимум 3 сбиты и подбиты советскими истребителями. Еще несколько «церштореров» отделались повреждениями.
Согласно первоначальному плану операции «Блау», немецкие войска не должны были ввязываться в бои за Воронеж, а сразу поворачивали на юг. Однако командующий группой армий «Зюд» генерал-фельдмаршал фон Бок все же не смог преодолеть соблазн захватить город, который ему не удалось взять в ноябре 41-го. К тому же он находился на возвышенности, господствовавшей над всей окружающей местностью, и был удобен в плане создания новой оборонительной линии. Доверившись оптимистическим докладам военных, Гитлер в итоге принял компромиссное решение: все танковые дивизии отправить на югвдоль Дона, а пехоте продолжать наступление на Воронеж.
5 июля люфтваффе осуществили массированные налеты на город и его окрестности, продолжавшиеся с утра до поздней ночи, а также линии связи и железнодорожные перегоны ВоронежГрязи, ВоронежЛиски, ОтрожкаМичуринск и другие. Пикирующие бомбардировщики и «церштореры» бомбили и обстреливали эшелоны с эвакуируемым имуществом, ранеными и беженцами, местами полностью парализовав движение. «На станции Тресвятская движение было парализовано прямым попаданием авиабомб в железнодорожное полотно и служебные помещения, сообщает журнал боевых действий 83-го отдельного строительного железнодорожного батальона, прибывшего на Юго-Восточную железную дорогу в начале июля. Были разрушены все станционные пути. Были разбиты и сгорели 20 вагонов. Перегон СомовоТресвятская был парализован прямым попаданием авиабомб в стоящие эшелоны, эвакуируемые с народным достоянием и ценностями города Воронеж: и ранеными бойцами и командирами Красной армии. Эшелоны стояли почти один за другим от станции Отрожка до станции Графская. Эшелонами, идущими к фронту, с танками и другим военным грузом, была занята железнодорожная линия от станции Грязи до станции Графская. Таким образом, была выведена из строя железнодорожная линия, питающая весь Воронежский фронт». На 155-м км перегона СомовоТресвятская масштабы разрушений были такими большими, что железнодорожники не стали восстанавливать пути, а проложили их в обход.
С 4 по 6 июля станция Графская многократно подвергалась авиаударам, причем только с 05.30 до 20.00 6-го числа было зафиксировано 19 налетов группами от 6 до 30 самолетов! В результате были разрушены все станционные пути и постройки, водонапорная башня, депо и электростанция, телефонная станция, уничтожен 71 вагон и один паровоз, порваны все провода связи. Движение было парализовано на трое суток, причем бойцам 83-го ОСЖДБ пришлось трудиться круглые сутки без сна и отдыха, сбрасывая сгоревшие вагоны в кювет, восстанавливая рельсы, вручную заправляя прибывающие паровозы и регулируя движение.
В результате налета на станцию Усмань 5 июля на путях взорвался эшелон с боеприпасами, ударной волной и пожарами были разрушены все пути и постройки, а полторы тысячи неразорвавшихся мин и снарядов разлетелось по всей округе. Там движение было парализовано на 22 часа. В этот же день массированной бомбежке подверглась и станция Грязи-Сталинградские. В результате было разрушено свыше 800 м путей, железнодорожное депо, кузнечный и слесарный цеха вагоноремонтного завода, повреждено 26 вагонов и 9 паровозов (один сброшен с пути). Большинство станций не имело никакой противовоздушной обороны, поэтому люфтваффе действовали практически безнаказанно.
Ударам подвергались не только прифронтовые железнодорожные объекты, но и цели в глубоком тылу. 8 и 9 июля немецкие бомбардировщики дважды атаковали важный железнодорожный узел Ртищево, расположенный на железной дороге ТамбовСаратов. А в ночь на 10 июля «Хейнкели» из I./KG27 совершили налет на станцию Поворино. В результате там возник огромный пожар. «Мы видели огонь на расстоянии 100 км, писал лейтенант Хорст Айхлер. Прибыв в район цели, мы увидели большие склады во дворе станции, объятые ярким палящим пламенем. В небо на высоту 4000 м поднимался черный как смоль гриб. Мы облетели его на высоте около 3200 м и были просто потрясены результатами нашей работы». Помимо железнодорожных целей люфтваффе наносили удары по советским танкам, складам боеприпасов и аэродромам к северу и северо-востоку от Воронежа.