在乌克兰地区，伦斯德特的南方集团军群兵力已然减少，但仍继续东进，经顿涅次盆地向高加索地区进军。南方集团军群在其所属的一些部队被调到中央集团军群和其它战区以后，现在只剩下大约四十个德国师（其中只有三个装甲师，两个摩托化师），此外还有罗马尼亚、意大利和斯洛伐克的一些部队。由于缺少汽车，第聂伯河上的铁路桥又被炸毁，补给品和燃料的供应情况越来越糟。激烈的战斗使曼施坦因的第11集团军和罗马尼亚第3集团军的一部分陷在克里木地区无法脱身。克莱斯特的第1装甲集群（当时该部队的番号已改为第1装甲集团军）在胜利地结束了扎波罗日耶和奥西片科之间的包围战之后，把汽油集中调配使用，然后向罗斯托夫推进。在第1装甲集团军的北翼，由新任司令官赫特指挥的第17集团军正向伏罗希洛夫格勒（卢甘斯克）和北顿涅次河前进。赫特的左侧是赖歇瑙的第6集团军，该集团军作为南方集团军群的北翼，当时仍然想尽量与中央集团军群右翼的魏克斯的第2集团军保持联系。第6集团军于10月10日攻克苏梅，然后向别耳哥罗德和哈尔科夫前进。
希特勒一再干预作战行动，这时又命令第17和第6集团军都向东南方向前进，以便与克莱斯特的第1装甲集团军保持密切联系并向它提供支援，尽管哈尔德当时就提醒希特勒，这样做会使中央集团军群的右翼暴露，并使第6和第2集团军之间出现间隙。事实上当时德军的各集团军是在各不相同的方向上而不是在相互平行的方向上前进，这样在各集团军之间就必然会出现间隙。魏克斯的第2集团军继续开往东南，然后再向东，以便与其南面的第6集团军保持联系。这样就不可能给北面的古德里安以任何支援了。古德里安的第2装甲集团军当时正向东北朝莫斯科前进。由于魏克斯不能给予掩护，古德里安的右翼完全暴露了，这种情况是危险的。
大约在10月6日天气开始变坏。两天以后哈尔德注意到，由于天气不好，伦斯德特的前进速度正在慢下来。10月11日终于下起了暴雨。由于道路泥泞，第17和第6集团军停止了前进。当时黑海沿岸天气尚好，因此克莱斯特还在继续前进，并于10月11日到达塔甘罗格西北的米乌斯河。他在那里遇到了敌人顽强的抵抗耽搁了几天。10月14日天降暴雨，使得克莱斯特也只得停止前进。
顿涅次盆地是苏联最主要的煤炭产地，有“煤仓”之称。1941年该地区生产的煤占苏联总产量的百分之六十，焦炭占百分之七十五，此外还生产占苏联总产量百分之三十的铁和百分之二十的钢。德军前进的速度减慢，使苏联的拆迁工作队有足够的时间拆除大量工业设备，这使顿涅次和哈尔科夫地区在以后一段时间内对德国人来说几乎没有多少经济价值。
德军的推进遭到铁木辛哥的西南方面军（编成内有第40、第21、第38和第6集团军）、切列维钦科的南方方面军（编成内有第12、第18和第9集团军）的抵抗。巴甫洛格勒和哈尔科夫以西的战斗使苏军遭到重大伤亡，因此苏军最高统帅部命令这两个方面军后撤，以便使战线取直，缩短战线，并借此建立一支预备队。新的防线是从卡斯托尔诺耶沿铁路线经旧奥斯科耳、利曼、戈尔洛夫卡到米乌斯河。预备队被编成一个新的集团军，即第37集团军，由洛帕京指挥，集结在伏罗希洛夫格勒东南地区。10月17日塔甘罗格失陷。10月底，德国人已到达哈尔科夫。哈尔科夫是顿涅次盆地的一部分，是通往顿河河畔的罗斯托夫的必经之路，而罗斯托夫又是高加索的门户。
南方集团军群认为哈尔科夫和沃罗涅日地区的苏军部队后撤是为了抽调兵力增援莫斯科方向或罗斯托夫方向，于是，伦斯德特命令全线追击。然而，这是部队的能力所不能及的，因为在白天雨雪和泥泞使得部队无法持续地前进，而在夜间严寒又使车辆与地面冻在一起，也使得疲惫不堪的部队无法睡眠。赖歇瑙的第6集团军的队伍拖得过长。此时该集团军已到达顿涅次河，但却不能渡河去牵制正在撤退的敌人。赖歇瑙不肯在部队尚未靠拢，补给系统尚未恢复正常时再继续前进。在赖歇瑙的右侧，第17集团军在阿尔条莫夫斯克和斯拉维扬斯克附近停了下来。由于天气不好，燃料供应困难以及苏军的抵抗加强等原因，第1装甲集团军从塔甘罗格向罗斯托夫也进展甚微。这时候克莱斯特的装甲部队在很大程度上依靠马拉补给品，因此军需总监瓦格纳说这支装甲部队已成了马车队。11月5日，克莱斯特对哈里东诺夫指挥的经过补充的苏军第9集团军发起了攻击，经过三天的战斗使该集团军向东撤退了二十英里。紧接着克莱斯特又突然折向南，进攻由列梅佐夫指挥的第56独立集团军。这个集团军正在守卫罗斯托夫和顿河下游地区。11月16日，在将近摄氏零下二十度的气温下，德军开始向罗斯托夫城内进攻。缺兵少将的德国军队终于醒悟了，他们很清楚地意识到进攻罗斯托夫是一件危险的事。许多指挥官认为罗斯托夫可攻，但不易守。阿道夫·希特勒近卫师沿着萨利苏丹大道攻入城内。战斗极其激烈，每前进一步都要经过艰苦的战斗。苏军的T34坦克发起反攻时从第60摩托化步兵师的反坦克炮上面开过去，把这些火炮碾成一堆废铜烂铁。脚下的土地冻得很坚硬，没有炸药就连很浅的射击掩体也挖不了。德军的损失很大，但罗斯托克于11月20日被攻克，苏军约有一万人被俘。
战斗远没有结束，而是刚刚开始。列梅佐夫的第56独立集团军越过顿河向罗斯托夫发起反突击，企图截断罗斯托夫与西部地区的联系。苏军士兵喝了伏特加以后精神抖擞，在暮色苍茫中出现在阵地上。他们边前进边欢呼歌唱，有些人甚至手挽着手，一直到德军的枪炮响了，布雷区的地雷爆炸了。他们才不得不散开。守城的德军目睹这一切都感到惊愕不已。当德军的机枪开火时，进攻的苏军一排排的倒下去，而后面的人爬过成堆的尸体继续前进。战斗就这样一直进行到深夜。第二天清晨，太阳穿过低垂的浓云隙缝，在一瞬间照亮了大地，这时候可以看到一堆堆的尸体躺在封冻的河面上。偶尔还可以看到有些尸堆中有缓慢而痛苦的蠕动，但总的来说这些尸体都一动不动地躺着，渐渐被雪盖住了。只有无人乘骑的战马在发疯似地东跑西奔。
对伦斯德特构成威胁的却不是第56独立集团军一次又一次反突击，而是北面苏军的反攻。在11月的第一周里，西南方面军和南方方面军再次合在一起组成西南战区，由铁木辛哥指挥。一个战略反攻计划已得到批准。根据这个计划，将由列梅佐夫的第56独立集团军把德军牵制在罗斯托夫，而切列维钦科的南方方面军将从侧翼发起突击，截断第1装甲集团军与南方集团军群的联系。这次攻势将由洛帕京的第37预备集团军担任主攻，由科尔帕克奇的第18集团军与哈里东诺夫的第9集团军在两翼进行支援。参加反攻的苏军部队有五个坦克旅和三十一个师（但这三十一个师中有九个骑兵师），而德军在这一地区的兵力大约是十四个师，其中有三个是装甲师。第37集团军于11月17日发起了反攻，这与第1装甲集团军进攻罗斯托夫差不多是同时。苏军在第一天的进攻中向前推进了十多英里，但以后每天只能推进一、二英里，因为德军想竭力保持在进攻的敌军和亚速海之间的德军补给线和撤退路线畅通无阻。局势的关键在于赖歇瑙，由于第6集团军毫无进展，位于第6集团军南面的得不到支援的第17集团军就无法解除苏军对第1装甲集团军的压力。当时第1装甲集团军正位于一个延伸得很长的暴露的突出部上。哈尔德催促第6集团军前进，但毫无效果。哈尔德对集团军群参谋长冯·佐登施特恩说他对第6集团军再也不能忍耐了。在罗斯托夫附近，第60摩托化步兵师遭到来自城东北方向的进攻。德国人认识到他们是在为自己的生存而战斗。下达了从顿河全线撤退的命令。部队于11月28日撤离了罗斯托夫以后才收到元首不许撤退的命令。这对部队来说简直像一个晴天霹雳。
南方集团军群司令官伦斯德特，曾在德皇凯萨摩下和帝国陆军中长期服役，战功卓著。1893年他佩带着中尉军衔进入第83步兵团。前一段他晋升得比较慢，到1920年才升为中校。1938年时他已高升为上将。那一年希特勒清洗他的政权所讨厌的那些高级军官，致使伦斯德特和李勃以及其他许多将领都退役了。人们普遍认为伦斯德特是一个有才能的战略家，有些人还认为他比勃劳希契更适合担任德国陆军总司令。
近几个月来，伦斯德特已不相信敌人很快就会崩溃。他在10月27日曾极力主张暂不进攻罗斯托夫，因为部队很疲惫，如不补充给养，并进行整编，就不可能再实现其它作战目标。他于11月3日建议把实现其他作战目标推迟到来年春天，但这个建议没有被采纳。当苏军南方方面军开始包围第1装甲集团军时，伦斯德特曾命令全线一举撤到米乌斯河一线，以便与敌人脱离接触。这一决定是经陆军总部批准的。11月30日夜间，希特勒又下令停止后撤，伦斯德特立即提出辞职，于是希特勒的一个比较顺从的部下第6集团军司令、陆军元帅赖歇瑙就接替了伦斯德特的职务。撤换指挥官并不能改变当时的军事态势。鉴于当时部队已在后撤途中，希特勒和赖歇瑙只得认可这既成的事实。但元首顽固地坚持要克莱斯特建立一道中间阵地，而在有些地方这道阵地距米乌斯河阵地只有六英里。赖歇瑙对元首一向是百依百顺，因此他同意了元首的这个意见。
紧接着就出现了一种情景，以后在整个战争期间这种情景在统帅部里是司空见惯的。由于已经到达米乌斯河阵地的汽车又调转方向朝东开，米乌斯河以东地区一片混乱。12月1日上午十一时，哈尔德在电话中与南方集团军群参谋长佐登施特恩就当时的形势交换了意见。这中间赖歇瑙插话说元首的决定是完全正确的，他（赖歇瑙）将承担必要的责任，尽管克莱斯特认为，如果他想扼守中间阵地，必被击败。一小时以后哈尔德与克莱斯特的参谋长蔡茨勒上校通了话。蔡茨勒上校向哈尔德简短而又生动地汇报了三个装甲师战斗力消耗的情况。他说第13装甲师的师长和该师的一个杰出的团长在精神上已经难以支撑。第1装甲集团军认为建立中间阵地毫无意义，不明白为什么要把队伍拆散，占领中间阵地，而不去占领仅六英里以外条件有利得多的阵地。一小时以后哈尔德在电话中与佐登施特恩讨论了这件事。佐登施特恩竭力想使赖歇瑙相信建立中间阵地有害无利，但赖歇瑙执意不听。下午两时哈尔德采取了一个不寻常的步骤，他请约德尔与元首共议此事，这样就把约德尔也卷了进来。下午三时半，勃劳希契晋见希特勒。正当勃劳希契与希特勒在一起的时候，赖歇瑙直接打电话给希特勒，说俄国人已经突破中间阵地上党卫军近卫师的防线，请求希特勒批准退到米乌斯河。希特勒立即批准。哈尔德深为悔恨地说：“这样我们就到达了我们昨天晚上就已到达的地方。可是我们损耗了精力和时间，也失去了伦斯德特。”
第1装甲集团军撤到塔甘罗格和封冻的米乌斯河。在这儿他们可以利用他们原先构筑的阵地，而且还可以借助当地老百姓的力量把工事构筑得更完善。德军将在这儿一直逗留到来年夏天。从罗斯托夫的撤退绝不是一次重大的转折，但是却有重要意义，其意义就在于这是自第二次世界大战开始以来德军所遭受的第一次挫折，也是苏军所进行的第一次考虑得很周密，执行得很出色的反攻。罗斯托夫战役既是一次战术上的失败，也是一次战略上的失败。失败的原因是当时天气很坏，部队很疲乏，兵力又不足，在这种情况下南方案团军群给自己定的目标过高，结果是力不从心。曼施泰因的第11集团军部署在克里木地区的一个次要战场上，而当时罗斯托夫北面的战场上正迫切需要它。退一步来说，即使把第11集团军调到顿河地区，要想在隆冬季节深入高加索，把部队的左翼拉得很长，那也是很危险的。
在列宁格勒地区，李勃建议利用秋季的一切可能利用的好天气去扩大在拉多加湖南岸的地盘，这个建议遭到希特勒的拒绝。希特勒命令李勃从楚多沃出动去夺取提赫文的铝土矿产地，并与芬兰人在斯维尔河会师。布施的第16集团军用鲁道夫·施密特的第39装甲集团军和布拉斯科维茨的第1军共两个军的兵力攻打提赫文。�