4 Flota Powietrzna Luftwaffe znalazła się pod rozkazami nowego dowódcy, Wolframa von Richthofena.
Niemiecki plan obejmował trzystopniowy atak.: Blau I: 4 Armia Pancerna, dowodzona przez gen. Hermanna Hotha (przeniesiona z Grupy Armii Środek) i 2 Armia, wspierana przez 2 Armię węgierską, atakowałaby z Kurska do Woroneża i kontynuowała natarcie, zakotwiczając północną flankę ofensywy w kierunku Wołgi; Blau II: 6 Armia, dowodzona przez gen. Friedricha Paulusa, atakowałaby z Charkowa i poruszałaby się równolegle z 4 Armią Pancerną, aby dotrzeć do Wołgi pod Stalingradem (którego zdobycie nie było uważane za konieczne); Blau III: 1 Armia Pancerna uderzyłaby następnie na południe w kierunku dolnego biegu Donu, z 17 Armią na zachodniej flance i 4 Armią rumuńską na wschodniej flance.
Strategicznymi celami operacji były pola naftowe w Majkopie, Groznym i Baku. Podobnie jak wcześniej przy operacji Barbarossa, manewry wojsk Osi miały doprowadzić do serii okrążeń wojsk radzieckich w wielkich kotłach.