被德军用于对付塞瓦斯托波尔的守军。苏联对被俘的人数则闭口不谈。按苏军惯例，为了追查高级指挥官个人对失败应负的责任，便把他们调离所在的战区。科兹洛夫与集团军司令契尔尼亚克、科尔干诺夫与过去许多人一样被贬黜降级。麦赫利斯，这位大本营派往克里木方面军的代表被贬为军级政治委员。
夏季战役的另一项准备工作是肃清巴拉克列亚…洛佐瓦亚…斯拉维扬斯克突出部的守敌，行动代号为“腓特烈一世”。由驻守在乌克兰的克莱斯特集群向北实施突击（该集群由克莱斯特指挥的第1装甲集团军与赫特指挥的第17集团军编成）；由保卢斯指挥的第6集团军向南实施突击。
就在德军准备发动这场进攻的前几天，铁木辛哥指挥的西南战区部队于5月12日在同一地区向哈尔科夫发动一场攻势。苏军的作战企图是，由科斯坚科指挥的西南方面军向德军第6集团军实施向心突击。里亚比谢夫的第28集团军、戈尔多夫的第21集团军和莫斯卡连科的第38集团军从沃耳昌斯克地域向西发动突击。哥罗德尼扬斯基的第6集团军与保彼金集群从突出部向北发动突击。马利诺夫斯基指挥的南方方面军下辖的第57集团军（由波德拉斯指挥）与第9集团军（由哈里东诺夫指挥）驻扎在该突出部的南端，负责掩护哥罗德尼扬斯基与保彼金的后方。苏军共动用了二十三个步兵师、两个骑兵军与两个坦克军向保卢斯的第6集团军下辖的十一个师发动进攻。苏军奋勇向纵深推进，保卢斯被迫撤退，并投入了所有的预备队，甚至连刚抵达哈尔科夫的两个师也投入了战斗。5月14日，德军第6集团军的处境已令人有些担忧，但是，马利诺夫斯基指挥的南方方面军毫无作为，空中侦察在兹米耶夫附近发现德军坦克的报告一直使它心绪不宁，未能主动配合，致使科斯坚科指挥的西南方面军贻误战机，未将坦克军适时投入战斗。有一支强大骑兵部队的保彼金集群向西北方向的克拉斯诺格勒与波尔塔瓦推进，准备切断第6集团军与克莱斯特集群的翼侧联系。这使包克十分焦虑，他建议推迟原订于5月18日由克莱斯特发动的“腓特烈一世”攻势，立即用二至三个装甲师增援保卢斯的第6集团军。这项提议遭到希特勒与哈尔德的拒绝，虽然他们为解除保卢斯的压力同意只把发起进攻的时间提前一天。
5月17日晨，克莱斯特用马肯森的第3装甲军（编成内有两个装甲师和一个摩托化师）、八个德国步兵师和四个罗马尼亚步兵师，在第4航空军的支援下，从南部向苏军扼守的这个突出部发动进攻。攻击的目标是南方方面军的部队，即波德拉斯指挥的第57集团军与哈里东诺夫指挥的第9集团军。尽管这些苏军部队奋起反击，但仍被迅速击退。因此，在第一天，德军便楔入敌纵深二十五英里。第二天，攻占了伊久姆和巴尔温科沃。铁木辛哥的西南战区想用第5骑兵军和其他预备队实施反击也未奏效。第9集团军退至顿涅次河上游对岸。西南战区面临的危险是显而易见的：突出部即将被德军包围。但是，苏军最高统帅部拒绝把部队向东撤退的建议，坚持要第9集团军与第57集团军采取更加积极的行动抗击克莱斯特，并要西南方面军继续向德军第6集团军发动攻势。赫鲁晓夫与斯大林一样，也想纂改历史，他硬说，当时他作为军事委员会的一名政治委员看穿了德军的真正企图，并向克里姆林宫提出过反对意见，但未能奏效。到5月19日，哈里东诺夫指挥的苏军第9集团军已被击溃，战线被打开五十英里宽的巨大缺口，致使苏军第6集团军的后方遭到进攻，它只得掉过头来，在既无空中文援，又无炮火支援的情况下作战。身陷困境的保卢斯的部队顿时解除了压力。为了与克莱斯特会合，德军第6集团军的第8军奉命向南进攻。两军于5月22日会合。战斗一直持续到5月29日。至此，被围的苏军第6集团军、第57集团军、第9集团军和第38集团军之一部以及其他部队全部就歼。德军损失两万人；而苏军仅被俘就达二十一万四千人，损失坦克一千二百辆、火炮二千门。西南战区的前方战术指挥所也陷入重围。据报道，苏军西南方面军司令员科斯坚科、第6集团军司令员哥罗德尼扬斯基与第57集团军司令员波德拉斯均被击毙。尽管这次胜利的大部分功劳应归于希特勒与哈尔德，但保卢斯也因在这次胜利中所作的贡献荣膺“骑士”十字勋章，纳粹党与新闻界开始宣扬他的才干与事迹。
似乎有理由相信，铁木辛哥发动的攻势与苏军最高统帅部的战略目标有联系，这一战略目标就是要消灭为实施夏季攻势而集结的德军。3月末，伏罗希洛夫、沙波什尼科夫、朱可夫、华西列夫斯基、巴格拉米扬和铁木辛哥出席了一次国防委员会会议。斯大林在会上要求所有战区发动一场先发制人的全面攻势，并批评朱可夫的建议是权宜之计。朱可夫建议，为了牵制德军，展开自己的预备队，应向尔热夫与维亚兹马地区的克鲁格部队发动进攻。铁木辛哥与伏罗希洛夫支持朱可夫在中部地区发动牵制性进攻的想法，但又急忙改口，说同意斯大林及其他与会人员关于向哈尔科夫附近的敌人集结地域发动进攻的意见。据朱可夫说，聪明、谨慎的沙波什尼科夫在应表明态度时，他却保持沉默。于是，便决定在乌克兰发动这场预防性攻势。
6月1日，希特勒飞抵位于波尔塔瓦的南方集团军群，凯特尔、豪辛格和瓦格纳也到达此地。在里希特霍芬、克莱斯特、鲁奥夫、马肯森、魏克斯、赫特与保卢斯等人出席的那次会议上，包克介绍了他所拟订的夏季攻势计划。精力依然充沛的元首同意这项计划。保卢斯的战后供词证明，该计划并没有把斯大林格勒作为一个目标，但希特勒却这样说过：“如果我们拿不下迈科普与格罗兹尼，我便结束这场战争”。希特勒、包克、哈尔德均同意继续在沃耳昌斯克地区实施扫荡作战。
6月的晚些时候，参谋总部派至第23装甲师的作战参谋赖歇尔违反军令，乘轻型飞机携带初期作战计划，不料，计划落入苏联人手中。尽管如此，元首决定不采取修改这项总的计划的作法。第40军军长施图姆及其参谋长对这一失密事件承担责任，他们被判处监禁。
与此同时，德国采取了欺骗行动，迷惑苏军最高统帅部，使它相信这场夏季攻势的主攻方向是莫斯科。戈培尔通过一些渠道故意向外国记者透露消息。另外，克鲁格做出公开为这场显然是向苏联首都发动进攻作准备的样子，代号是“克里姆林宫”。
使德国人进入斯大林格勒与高加索的强大突击还不具备实施的条件。仍有必要扫清克里木的敌军，迫使敌人退出沃耳昌斯克这个小突出部，并夺取奥斯卡尔河（顿涅次河的支流）东岸的桥头堡。于是，德军开始分别实施两项作战计划。第一项作战计划的代号是“威廉”，由德军第6集团军向驻守在沃耳昌斯克地区的苏军第28集团军发动进攻；第二项作战计划的代号是“腓特烈二世”，由德军第1装甲集团军和第6集团军的部分兵力从哈尔科夫的东南方，向库皮扬斯克方向的苏军第38集团军与第9集团军发动进攻。6月10日至15日实施第一项作战计划；6月22日至26日实施第二项作战计划。苏军迅速向东撤退二十英里，以免被围。即便如此，苏军又有四万人被俘。至此，苏军西南战区已丧失所有的主动权，只剩下一副空架子。
在克里木，德军第11集团军已胜利地进入这次战役的最后阶段征服塞瓦斯托波尔。曼施泰因于4月中旬晋见希特勒，就他拟订的下一次进攻计划进行磋商。元首毫无疑义地接受了这项计划。该计划的企图是，在攻克塞瓦斯托波尔之后，令第11集团军横渡刻赤海峡，进入库班，截击从顿河下游退往高加索的敌人。
扼守塞瓦斯托波尔的苏军共有七个步兵师、三个海军陆战旅和其他部队。后来在战斗过程中又有两个步兵旅登陆。总计七十个营。另外，凡能使用武器的公民均强征入伍。根据苏联的资料，这支守军有火炮多达六百门，但坦克只有四十辆。德军分三路进攻：北部是汉森指挥的第54军；南部是弗雷特尔…皮科指挥的第30军；中央是罗马尼亚山地旅向耶拉高地进攻。总计七个德国师，两个罗马尼亚师，由七百门火炮（其中许多是大、中口径的）和一些重型迫击炮进行支援。曼施泰因还拥有一些能将高爆炸药运入敌防御配系的巨人式遥控装甲履带输送车。他没有坦克，但有若干强击炮营。里希特霍芬指挥的第8航空军负责实施空中支援。它拥有七个轰炸机大队、三个斯图卡轰炸机大队、四个战斗机大队和十七个高射炮兵连。
去年12月德军发动的首次进攻使塞瓦斯托波尔的防御外缘已缩小到原来的三分之二。它北起别耳别克河北岸的别耳别克村，向南越过重峦叠嶂直到黑海之滨的巴拉克拉瓦附近。防御地域宽约十六英里。从兵力上看，攻防双方旗鼓相当。但是，曼施泰因行将进攻的是一支有良好既设阵地的强大敌军。这些阵地设置在险要的山地和起伏地上，地面上大都有浓密的灌木丛，并由构筑在岩石中的机枪掩体守卫着。但是这个德国人依然仗恃自己的优势装备，接受了这项极其冒险的任务。这个地区的某些地段上装甲强击炮无法通过。然而，第8航空军却占有绝对的空中优势。
6月7日，曼施泰因的部队在炮兵、空军的大力支援下发动进攻。第54军再次在别耳别克峡谷取得良好战绩。肖尔蒂茨率领他的奥尔登堡人攻占了斯大林堡，策30军占领了萨蓬要塞的前进阵地。德军伤亡惨重。它与去年冬天一样，步兵团只剩几百人，步兵连已少得可怜。当时已很明显，主攻方向应改在第30军的左侧，但是哈尔德警告第11集团军，夺取要塞的时间如再延长，第8航空军就可能撤离，因为包克发动的攻势需要它。所以，已无时间改变部署，必须坚持到底。于是，第54军的第50步兵师渡过超尔纳亚河，并占领了苏军萨蓬防御阵地后方的英克尔曼。6月28日夜，德军第22与第24步兵师乘强击舟快速横渡敌后方上千码宽的北湾，直插塞瓦斯托波尔城的东部。苏军的防御自此土崩瓦解。
战斗又持续了几天。在某些地区战斗还十分激烈，在炮阵地的坑道中和悬崖峭壁下的洞穴里抵抗尤为凶猛。还有许多这样的情况：苏军的政治委员们宁愿与守军、敌军以及避难的妇女儿童同归于尽，也不投降。有许多部队在他们的政治委员被击毙或自杀前仍然坚持作战。曼施泰因报告这里的情况与近卫师描述的去年冬天罗斯托夫的情景相似，当时，成群结队的军人与老百姓（包括妇女和姑娘）手换着手（因此无人能退缩）向德军战线冲去。德军损失惨重，伤亡约两万四千人。曼施泰因为避免更多的伤亡，禁止部队在该城的居民区与港口清剿残敌，于是使用飞机轰炸和炮火轰击，在此过程中又有许多平民丧生。
德国享有决定性的空中优势，致使黑海舰队只能在夜间输送援兵和补给品登陆。最后，水面舰只已无法进入塞瓦斯托波尔。苏联的历史学家宣称，总计约四千吨的补给品是由潜艇运抵该城的。潜艇还把所有的高级军官、高级官员、职员在德国人可能俘虏他们之前撤离此地。苏联独立滨海集团军的残部退至塞瓦斯托波尔西侧的赫尔松涅斯角，妄图从海上逃生，未能得逞，三万余人于7月4日投降。这次作战，共俘虏苏军九万人，缴获火炮四百六十门。对塞瓦斯托波尔最后一次进攻，德军消耗了四万六千吨弹药、二万吨炸弹。为表彰曼施泰因在刻赤和塞瓦斯托波尔所取得的胜利，他由上将被晋升为陆军元帅。
曼施泰因在塞瓦斯托波尔的胜利是一项非凡的成就。因为这里地形险峻、守军顽强、双方地面部队势均力敌。这次胜利激发了元首的想象力。他放弃了早先想把第11集团军开入库班的打算，决定让曼施泰因率领其胜利之师去征服列宁格勒。当时哈尔德很难同意希特勒的意见。他向元首和其他将领表明，他坚决反对把攻打列宁格勒、在乌克兰与高加索发动大规模进攻三项任务同时并举。大部分支援塞瓦斯托波尔进攻的攻城炮和重炮由火车运往列宁格勒地区。第11集团军随后启程，但不是所有的部队。第42军留在克里木，只有四个步兵师随同第30军和第54军军部北上，其余的步兵师则补充到斯摩棱斯克与克里特岛的其他部队。只有到这年的年末，当德军第6集团军在斯大林格勒面临危机，在高加索的德军有被孤立的危险时，才对拆开这个完整的集