Что армия А.И. Лизюкова могла в этой ситуации сделать, это максимально задержать смену танковых соединений на пехотные. Такая задача ею была выполнена. 10 июля Гальдер делает в своем дневнике следующую запись: «Северный участок фронта Вейхса снова под ударами противника. Смена 9-й и 11-й танковых дивизий затруднена». В целях освобождения 4-й танковой армии немецкое командование вынуждено было направить к Воронежу XXIX армейский корпус 6-й армии, ослабив наступательные возможности армии Ф. Паулюса против войск Юго-Западного фронта. Смена постоянно атакуемых дивизий действительно проходила с большими сложностями. В частности, 11-я танковая дивизия сменялась на ранее не бывавшую в боях 340-ю пехотную дивизию, дитя немецкой «перманентной мобилизации». Сражение под Воронежем завершилось, оставив поля, заставленные дымящимися остовами танков. Уходящие на Сталинград танковые соединения немцев одарили своеобразным «поцелуем смерти» советские танковые войска, как бы намекая, что летняя кампания не обещает быть легкой. Бои под Воронежем перешли в позиционную фазу. 15 июля директивой Ставки ВГК 5-я танковая армия расформировывается, а А. И. Лизюкова согласно той же директиве предлагалось «назначить командиром одного из танковых корпусов». 25 июля 1942 года командующий 5-й танковой армией А.И. Лизюков сам сел в танк КВ и повел подразделение в атаку, намереваясь пробить брешь в обороне противника у села Сухая Верейка и вывести из окружения часть, принадлежащую его армии. КВ А.И. Лизюкова был подбит, и командующий одной из первых советских танковых армий погиб.
Для удобства управления войсками, действовавшими на воронежском направлении, решением Ставки ВГК 7 июля был образован Воронежский фронт, в состав которого были включены 60 (бывшая 3-я резервная армия), 40-я и 6-я (бывшая 6-я резервная армия) армии, 17, 18-й и 24-й танковые корпуса. Командующим фронтом был назначен генерал-лейтенант Н.Ф. Ватутин, членом Военного совета — корпусный комиссар И.З. Сусайков, начальником штаба — генерал-майор М.И. Казаков. Ф.И. Голиков был понижен в должности и стал заместителем командующего Воронежским фронтом. На вновь созданный фронт возлагалась задача прикрыть направления на Тамбов и Борисоглебск. На ответственности войск Брянского фронта, состоявшего из 3, 48, 13-й и 5-й танковой армий, оставалась задача прикрытия южных подступов к Москве. Командующим этим фронтом в середине июля был назначен выздоровевший после ранения в марте 1942 г. генерал-лейтенант К.К. Рокоссовский, членом Военного совета — полковой комиссар С.И. Шалин, начальником штаба — генерал-майор М.С. Малинин. Бои под Воронежем были богаты на кадровые перестановки. За неудачи в организации контрудара силами 23-го танкового корпуса командующий 28-й армией Д.И. Рябышев был снят с должности, и его место занял командир 3-го гвардейского кавалерийского корпуса В.Д. Крюченкин.
Важные организационные изменения произошли также в руководстве немецкими войсками на южном секторе советско-германского фронта. Как это было запланировано ранее, 7 июля 1942 г. группа армий «Юг» была разделена на группы армий «А» и «Б». Группу армий «Б», включавшую в себя 4-ю танковую (Гот), 6-ю (Паулюс) и 2-ю (Вейхс) армии, 8-ю итальянскую армию (Гарибольди) и 2-ю венгерскую армию (Яны), возглавил Федор фон Бок. Для группы армий «А» с весны 1942 г. готовился штаб под командованием маршала Вильгельма Листа. В подчинении группы армий «А» поступили 1 — я танковая армия (Клейст) и армейская группа Руофа (17-я армия и 3-я румынская армия).
Одним из главных эффектов от броска Вейхса на Воронеж было отвлечение резервов Красной Армии. Напряженная обстановка, создавшаяся на стыке Брянского и Юго-Западного фронтов, заставила советское командование принять меры к предотвращению форсирования противником р. Дон и приостановлению дальнейшего продвижения его войск на восток. С этой целью директивами Ставки ВГК № 170478, 170480 на левый берег Дона на участок от Задонска до Воронежа была выдвинута 3-я резервная армия, на участок от Воронежа до Павловска — 6-я резервная армия, а от Павловска до Клетской — 5-я резервная армия. Армии были переименованы соответственно в 60, 6-ю (взамен сгинувшей под Харьковом, ее возглавил постоянный участник боев за Харьков Ф.М. Харитонов) и 63-ю армии. Одновременно из района Сталинграда по директиве Ставки ВГК № 1035033 была выдвинута в район Усмани, Графской, Рогачевки (30 км юго-восточнее Воронежа), Анны (90 км восточнее Воронежа) 7-я резервная армия, до этого занимавшая оборону в районе Сталинграда.