Nach einer Auffrischung im Mai wurde es im Juni 1942 der 4. Panzerarmee der Heeresgruppe Süd unterstellt, um an der deutschen Sommeroffensive Fall Blau teilzunehmen. Im Juli erfolgte die Umbenennung in „XXIV. Panzerkorps“. Im August war das Korps während des Vormarschs auf Stalingrad und der Kesselschlacht bei Kalatsch zeitweise der 6. Armee unterstellt, bis das Generalkommando im September zur Verstärkung der ungarischen 2. Armee am mittleren Don abgegeben wurde. Dabei wurden ihr relativ kampfunerfahrene Divisionen unterstellt. Am 3. Oktober fiel der Kommandierende General Willibald von Langermann und Erlencamp bei einer Fahrt an die Front bei Storoschewoje durch Artilleriebeschuss.