德軍於6月5日在索姆河再次發起進攻。出乎德軍意料的是，接下來三週中德軍的進軍並非如預想的順利，而是遭到一支重新動員的法國陸軍頑強抵抗。法軍此時已經可以使用國內的補給線和通信線路，離己方的維修車間、補給站和商店也更接近。更重要的是，112,000名先前撤出北方的法軍士兵已經通過諾曼底和布列塔尼的港口在法國集結，用以補充在弗蘭德斯損失的部隊。法國還得以很大程度上彌補裝甲部隊的損失，成立了第1和第2裝甲師，補充了戴高樂的第4裝甲師損失的車輛。1940年5月末的法軍士氣高漲；大多數了解己方的戰敗而加入陣線的士兵對於德國的成功只是耳聞。
倖存下來的法國軍官對於應對德國機動部隊有了更多的戰術經驗；而在目睹己方火炮的優秀，以及法軍坦克在戰鬥中超出德軍坦克的優秀表現後，法軍軍官對於自己的武器更加充滿信心。法軍坦克擁有裝甲和火力優勢，在5月23日至28日期間重新組成了法國第7軍團和第10軍團。魏剛決心實行“刺蝟戰術”，即執行縱深防禦行動和拖延戰術，造成德軍部隊最大損耗。魏剛將部隊駐紮在城鎮和小村中；並在大城市和主要城鎮同樣駐軍，且在城市外圍360°佈置防禦工事。守軍被要求不惜一切代價保衛陣地；在戰線後方，新的步兵師、裝甲師和半機械化師逐漸成立，時刻準備反擊德軍並救出被包圍的守軍。
德國B集團軍向巴黎的兩側進攻。B集團軍的47個師擁有德軍大多數的機動部隊，但在進攻的前48個小時沒有任何重要進展。德國第4軍團成功佔據了索姆河上的橋頭堡，但德軍試圖渡過埃納河時遭遇困難。德國第16裝甲軍在埃納河投入了超過1000輛裝甲戰鬥車輛，以兩個裝甲師和一個摩托化師的兵力攻擊法軍。但這場進攻太過粗放，埃裡希·霍普納在第一波攻勢中早早損失了500輛車輛中的80輛。魏剛佈置的縱深防守給德軍渡河造成了很大麻煩。在亞眠，德軍攻勢反覆被法軍強大的集中炮火擊退；德軍因此意識到了法軍戰術上的提升。
德國陸軍只得希望德國空軍能夠施以關鍵援助，擊毀法軍火炮，讓德國步兵有前進的機會。到了作戰第三天晚上，德軍終於得以渡河；法國空軍試圖轟炸渡河部隊，但沒能成功。德國方面認為這場戰鬥“艱苦且付出了大量人命，敵軍猛烈抵抗，尤其是即使我們的部隊已經通過抵抗點，他們仍在樹林中和林木線上繼續戰鬥”。位於阿布維勒以南的法國第10軍團的前鋒部隊被擊潰，羅貝·阿特邁耶上將被迫率部沿塞納河向魯昂與南方撤退。隨著法軍逐漸衰弱，德軍再度開始快速進軍。隆美爾率第7裝甲師渡過塞納河後向西橫穿諾曼底大區，於6月18日佔領海港城市瑟堡。隆美爾在進軍途中迫使英國第51（高地）師在6月12日投降。德國空軍在近距離戰鬥中很難造成影響，但在行動層面上分散了法國裝甲部隊。德軍的進攻矛頭過於深入，容易遭到法軍反擊，但德國空軍的行動阻止了法軍集中兵力行動，法軍對空襲的恐懼也抵消了魏剛大規模且機動地使用裝甲部隊的戰術。
6月10日，法國政府逃到波爾多，宣佈巴黎為不設防城市。德國第18軍團被部署在巴黎方向。法軍奮力抵抗德軍向首都的進軍，但防線在多處被德軍突破。魏剛推測用不了多久法軍就會瓦解。6月13日，丘吉爾出席了在圖爾的一場英法最高戰爭委員會會議，提議英法兩國合併為一個聯盟遭拒。6月14日，巴黎淪陷。仍留在巴黎的市民發現德國人在大多數情況下十分有禮。
空中戰場的局勢對法軍更為糟糕。法國空軍部隊已在崩潰的邊緣，而德國空軍取得了徹底的制空權。法國空軍大部分的轟炸機任務在這時才剛剛開始：在6月5日至6月9日的寶拉行動期間，法國空軍執行超過1,815架次任務，其中518架次為轟炸機任務。然而，飛行架次因為轟炸機蒙受不可彌補的損失而減少。英國皇家空軍（RAF）企圖轉移德國空軍的注意力，飛行660架次攻擊敦刻爾克地區的目標，但損失慘重，僅6月21日便損失了37架布倫亨式轟炸機。6月9日後，法軍的空中抵抗幾乎停止，一些倖存的飛機撤到法屬北非。德國空軍現在“橫行無忌”，攻擊都集中在對德國陸軍的直接和間接支援。德國空軍對法軍防線發起兇猛攻擊，隨後的裝甲部隊攻擊使防線迅速崩潰。
德國空軍在戰役期間徹底摧毀法國空軍，並對參戰的皇家空軍特遣隊造成重大損失。據估計，法軍在戰役期間失去了1,274架飛機；英軍則損失959架飛機，其中477架為戰鬥機。德國空軍在法國戰鬥期間損失了前線上28%的兵力，共有1,428架飛機被擊毀（1,129毀於敵對行動，299架在意外中損失）。另有488架被擊傷（225架傷於敵對行動，263架在意外中損失），即總共有36%的空軍力量被擊傷或擊毀。
