Sau khi bẻ gãy Chiến dịch Barvenkovo-Lozovaya, Hitler ra lệnh cho Bock đánh chiếm lưu vực sông Đông, tạo bàn đạp chuẩn bị tiến công Stalingrad và Kavkaz. Bock công khai chỉ trích kế hoạch tác chiến của Hitler, vì nó quá lệ thuộc vào các đội quân chư hầu mỏng yếu hai bên sườn quân Đức. Nhưng ông vẫn chấp hành mệnh lệnh: ngày 28 tháng 6 năm 1942, Bock huy động hàng triệu quân Đức và chư hầu thực hiện Chiến dịch Blau theo đúng kiểu Chiến tranh Chớp nhoáng. Thoạt đầu ông giành thắng lợi lớn, chiếm được một nửa thành phố Voronezh vào ngày 6 tháng 7. Nhưng do bị tác động bởi thảm bại Moskva năm 1941 và sự kiệt sức của binh lính, Bock chỉ truy kích một cách chậm rãi, để cho nhiều sư đoàn chủ lực Liên Xô rút lui an toàn qua sông Đông. Hitler có thúc giục ông đến mấy cũng không ăn thua. Thất vọng trước tiến độ hành quân của Bock, Hitler huyền chức ông vào ngày 15 tháng 7 và không bao giờ tin dùng ông nữa. Hitler tâm sự riêng với trợ lý của mình - Đại tá Rudolf Schmundt rằng ông ta vẫn vị nể Bock, nhưng cần những vị tướng biết nghe lời hơn.