Letní německé ofenzívy roku 1942 (operace Blau) se jeho jednotky účastnily již pod názvem 1. tanková armáda. Po několika dnech od zahájení německého útoku byla tamní sovětská vojska zničena nebo v rozkladu a Kleistovy tanky směřovaly přes Rostov na Donu směrem ke Kavkazu. V Kavkazských horách brzy došel Němcům dech a jejich ofenzíva uvázla na mrtvém bodě. Když sovětská vojska zahájila proti německé 6. armádě u Stalingradu Operaci Uran v druhé polovině listopadu 1942, stal se von Kleist velitelem nad Skupinou armád A, která do té doby byla bez velení (ve skutečnosti ji velel na dálku přímo Adolf Hitler). Velitelem jeho původní 1. tankové armády se stal von Mackensen.