Баку и Северный Кавказ были основным источником нефти для всей экономики СССР. После потери Украины резко выросло значение Кавказа и Кубани как источника зерна. Здесь же находились запасы стратегического сырья, например: Тырныаузское месторождение вольфрамо-молибденовой руды. Потеря Кавказа могла бы оказать заметное влияние на общий ход войны против СССР, поэтому Гитлер выбрал именно это направление в качестве основного. Группа армий, созданная для наступления на Кавказ, получила код «A». В задачу группы «A» входило: окружить и уничтожить южнее и юго-восточнее Ростова-на-Дону войска Южного фронта, отошедшие за реку Дон, и овладеть Северным Кавказом; затем предполагалось обойти Большой Кавказ одной группой с запада, захватив Новороссийск и Туапсе, а другой группой — с востока, овладев нефтеносными районами Грозного и Баку. Одновременно с обходным манёвром намечалось преодоление Водораздельного хребта в его центральной части по перевалам и выход в Грузию. После предполагаемой победы под Сталинградом, подготовка плацдарма для ведения боевых действий против Великобритании на Ближнем Востоке. После падения Ростова-на-Дону сообщение Кавказа с районами Европейской России было возможно только морем через Каспий и Волгу и по железной дороге Сальск — Сталинград. Немецкое командование полагало, что, перерезав эти коммуникации, сможет быстро установить контроль над Кавказом и лишить СССР важнейших ресурсов. Для решения этой задачи предполагалось нанести удар в направлении на Сталинград. Для наступления на Сталинград была создана группа армий «B» под командованием фельдмаршала фон Вейхса. До ноября 1942 Сталинградское направление считалось вспомогательным по отношению к наступлению на Кавказ. Заняв Ростов-на-Дону 23 июля 1942, группа армий «A» начала наступление на Кубань. Самый мощный удар немцы нанесли силами 1-й и 4-й танковых армий по левому флангу Южного фронта, где оборонялись советские 51-я и 37-я армии. Советские армии, понеся большие потери, отступили. В полосе 18-й советской армии немецкие войска прорвались к Батайску, однако в полосе 12-й советской армии дело для них обстояло хуже, и они так и не смогли в первый день форсировать Дон. 26 июля 18-я и 37-я советские армии, усиленные двумя дивизиями, попытались нанести контрудар, чтобы восстановить положение на Дону, однако эта попытка закончилась безрезультатно. В результате уже в первые два дня боёв для советских сил резко ухудшилось положение во всей полосе действий Южного фронта. Создалась реальная угроза прорыва немцев в район Сальска. При его успешном развитии, немецкие войска получали возможность рассечь Южный фронт на две части и открыть путь своей танковой группировке для выхода в тыл основным силам советских войск, которые продолжали удерживать позиции южнее Ростова. Чтобы не допустить этого, советское командование приказало в ночь на 28 июля отвести соединения левого крыла фронта на рубеж, проходивший по южному берегу реки Кагальник и Манычскому каналу. Немецкие войска под прикрытием больших сил авиации переправили на левый берег Дона соединения семи корпусов, где было создано подавляющее превосходство, особенно в танковых силах и артиллерии. Войска Южного фронта не смогли организованно отойти на указанные им рубежи. Постепенный отход превратился в бегство. Немецкие войска, не встречая серьёзного сопротивления, начали стремительно продвигаться вглубь кубанских степей. 28 июля Южный фронт был расформирован, а его войска переданы Северо-Кавказскому. Фронту была поставлена задача любыми средствами остановить наступление противника и восстановить положение по южному берегу Дона. Северо-Кавказский фронт был разделён на две оперативные группы: Донскую (51-я армия, 37-я армия, 12-я армия и 4-я воздушная армия), которая прикрывала ставропольское направление, и Приморскую (18-я армия, 56-я армия, 47-я армия, 1-й стрелковый корпус, 17-й кавалерийский корпус и 5-я воздушная армия при поддержке Азовской военной флотилии), которая оборонялась на краснодарском направлении. 9-я и 24-я армии были отведены в район Нальчика и Грозного. 51-я армия была передана Сталинградскому фронту. Одновременно, немецкое командование передало 4-ю танковую армию в состав группы армий «B». В итоге, в ходе первого этапа наступления (25 июля — 19 августа) немецким войскам частично удалось выполнить поставленные перед ними задачи — нанести крупное поражение советским войскам, захватить большую часть Кубани и Ставрополья; 1-я ТА продвинулась на восток вдоль северной стороны Кавказского хребта до Моздока. Советские войска смогли организовать сопротивление противнику только на подступах к Туапсе. Для усиления войск на Кавказе с 1 по 12 августа советское командование произвело перегруппировку Закавказского фронта. Войска 44-й армии из района Махачкалы, Баку были выдвинуты к оборонительным рубежам на реках Терек, Сулак и Самур. В то же время, на рубеж Терека и Уруха с советско-турецкой границы и с Черноморского побережья были переброшены 5 стрелковых дивизий, 1 танковая бригада, 3 стрелковых бригады, три артиллерийских полка, бронепоезд и несколько других частей. Одновременно с организацией перегруппировки, для усиления войск Закавказского фронта из резерва Ставки выделялись значительные силы. С 6 августа по сентябрь Закавказский фронт получил 2 гвардейских стрелковых корпуса и 11 отдельных стрелковых бригад. 19 августа на новороссийском направлении немецкая 17-я армия перешла в наступление, нанося главный удар по Новороссийску и Анапе и вспомогательные удары по Темрюку и Таманскому полуострову. Советская 47-я армия, уступая в силах, смогла отразить наступление и к 25 августа отбросить противника . 28 августа немецкие войска возобновили наступление на этом направлении и 31 августа захватили Анапу, в результате чего части морской пехоты, оборонявшие Таманский полуостров, оказались отрезанными от основных сил 47-й армии, а корабли Азовской военной флотилии были вынуждены прорываться в Чёрное море. 11 сентября части 17-й армии, захватив большую часть Новороссийска, были остановлены на юго-восточной окраине города. В новом наступлении, предпринятом с 19 по 26 сентября, была практически полностью уничтожена 3-я румынская горнострелковая дивизия. Из-за больших потерь 26 сентября немецкие войска перешли к обороне под Новороссийском, продолжавшейся более года. 23 августа немецкие войска перешли в наступление на Моздок, одновременно 23-я немецкая танковая дивизия нанесла удар на Прохладный и 25 августа захватила его. Дальнейшие попытки наступления вдоль железной дороги Прохладный — Орджоникидзе успеха не принесли. Утром 2 сентября немцы приступили к форсированию Терека в районе Моздока. Захватив небольшой плацдарм на южном берегу реки, немецкие войска в ночь на 4 сентября нанесли сильный удар, и продвинулись на 10 км южнее Моздока. Однако при этом они несли большие потери, особенно в результате действий советской авиации (4-й воздушной армии). 24 сентября немецкие войска, усилив моздокскую группировку 5-й танковой дивизией СС «Викинг», снятой с туапсинского направления, перешли в наступление через Эльхотовские ворота (по долине вдоль Терека) в направлении Орджоникидзе и вдоль железной дороги Прохладный — Грозный по долине реки Сунжа на Грозный. К 29 сентября после 4-х дней упорных боёв немецкие войска захватили Терек, Плановское, Эльхотово, Илларионовку, однако дальше Малгобека продвинуться не смогли и были вынуждены перейти к обороне. Одновременно с боями на грозненском и новороссийском направлениях в середине августа начались ожесточённые бои частей 46-й армии Закавказского фронта на перевалах Главного Кавказского хребта, где против них действовал немецкий 49-й горный армейский корпус и две румынские горнострелковые дивизии. К середине августа части 1-й немецкой горнопехотной дивизии подошли к Клухорскому перевалу и к Эльбрусу, где 21 августа немецкие альпинисты водрузили нацистский флаг. В начале сентября немецкие войска также захватили марухские и санчарские перевалы. Поскольку выяснилось, что для успешного противостояния в горах немецким войскам 49-го горнопехотного корпуса необходимо значительное количество специально подготовленных к горным условиям подразделений, в конце августа 1942 года по приказу командующего Закавказским фронтом генерала армии И. В. Тюленева началась организация отдельных горнострелковых отрядов. В ходе второго этапа немецкого наступления (19 августа — 29 сентября), несмотря на ряд неудач, в целом советским войскам удалось остановить наступления немецких войск и не дать им прорваться в Закавказье. Соотношение сил также постепенно улучшалось в пользу советских войск.  25 октября немецкая 1-я танковая армия перешла в наступление в направлении Нальчика. На руку немцам сыграл тот факт, что им удалось скрытно провести перегруппировку войск, в результате чего советское командование оказалось не готовым к удару на этом направлении. Прорвав слабую оборону 37-й армии, немецкие войска 27 октября захватили Нальчик, 2 ноября — Гизель. В этом районе немецкое командование сосредоточило большие танковые силы, пытаясь расширить прорыв, однако успеха не достигло. 5 ноября советские войска остановили продвижение противника. Воспользовавшись благоприятной обстановкой, советское командование попыталось окружить гизельскую группировку. 11 ноября была отбита Гизель, но немецкие войска отошли за реку Фиагдон. Была сорвана последняя попытка немецко-румынских войск прорваться к Грозненскому и Бакинскому нефтяным районам и в Закавказье. После попытки немецкого прорыва в Закавказье советское командование решило нанести контрудары по немецко-румынским войскам из района Гизеля на моздокском направлении. 13 ноября перешли в наступление части 9-й армии, но в течение десяти суток не сумели прорвать вражескую оборону, а лишь вклинились на глубину до 10 км, выйдя на восточный берег рек Ардон и Фиагдон. В связи с этими неудачами и плохим командованием 15 ноября в Ставку Верховного Главнокомандования были вызваны командующий Закавказским фронтом генерал армии И. В. Тюленев и командующий Северной группой войск генерал-лейтенант И. И. Масленников, которые получили новые задачи — прочно прикрывая основные направления на Грозный и Орджоникидзе, нанести удары на обоих флангах и разгромить моздокскую и алагирскую группировки немецких войск. 27 ноября части 9-й армии перешли в наступление в общем направлении на Дигору. 4 декабря они предприняли новые атаки, но и на этот раз были  вынуждены прекратить наступление. По мнению советских историков, неуспех операции объяснялся неудачным выбором направления главных ударов.Эти неудачи вынудили советское командование отложить крупное контрнаступление на моздокском направлении до января. Первый этап битвы за Кавказ проходил с июля по декабрь 1942 года. Немецко-румынские войска, понеся большие потери, сумели занять значительную территорию и выйти к предгорьям Главного Кавказского хребта и к реке Терек. Однако же в целом немецкий план «Эдельвейс» провалился. Всего за 1-й этап сражения группа армий «A» потеряла убитыми почти 100 тыс. человек; немцам не удалось прорваться в Закавказье и на Ближний Восток. Турция так и не решилась вступить в войну на стороне Третьего рейха. Потери советских войск в оборонительным этапе битвы составили 192 791 человек безвозвратные, 181 120 человек санитарные. Одним из факторов неудачи немцев на Кавказе было то, что немецкое командование уделяло главное внимание битве под Сталинградом, где события разворачивались отнюдь не лучшим образом для вермахта. В сентябре 1942 года, для защиты флангов группы армий «B» под Сталинградом, с кавказского направления была переброшена 3-я румынская армия. В декабре 1942 года, в связи с неудачами под Сталинградом, с кавказского фронта также были сняты и некоторые немецкие соединения, в результате чего немецкая группировка на Кавказе ещё больше ослабла, и к началу 1943 года стала уступать советским войскам в численности — как в личном составе, так и в технике и вооружении. Командование германской группы армий «А» предполагало создать «тыловую оборонительную позицию на зиму». В октябре 1942 года был составлен план размещения войск группы армий «А» и их снабжения на зиму 1942—1943 годов. Немцы стремились создать сплошной фронт севернее Главного Кавказского хребта, связывающий линией обороны соединения 1-й танковой армии с войсками 49-го горнопехотного корпуса и вплоть до района Туапсе с соединениями 17-й армии, через Черкесск. В целом второй этап сражения на Кавказе стал довольно успешным для советских войск. Были полностью освобождены Краснодарский край, Калмыкия, Чечено-Ингушетия, Северная Осетия, Кабардино-Балкария, Ростовская область, Ставропольский край, Черкесская АО, Карачаевская АО и Адыгейская АО. Под контроль советского правительства были возвращены нефтяные промыслы Майкопа, а также важнейшие сельскохозяйственные районы страны.

После возвращения советской власти на Кавказ по обвинению в массовом коллаборационизме были полностью депортированы в Сибирь и Среднюю Азию чеченцы, ингуши, карачаевцы, балкарцы, калмыки. Автономии этих народов были ликвидированы . Победа в битве за Кавказ упрочила южный фланг советско-германского фронта, в ней было достигнуто тесное взаимодействие сухопутных войск с авиацией, флотом и партизанами. Тысячи солдат были награждены медалью «За оборону Кавказа», учреждённой Указом Президиума Верховного Совета СССР 1 мая 1944 года.