Freden med Tyskland endte plutselig da tyskerne og deres allierte gikk til angrep den 22. juni 1941. I løpet av høsten hadde tyskerne erobret Ukraina, beleiret Leningrad, og truet Moskva. Den røde armé lyktes i å beholde hovedstaden i desember 1941 og gikk til motangrep på vinteren, men tyskerne beholdt det strategiske initiativet også i 1942 og trengte dypt inn i den sørøstlige delen av europeisk Russland. De tyske nederlagene ved Stalingrad og Kursk gjorde imidlertid at krigslykken snudde, slik at Sovjetunionen overtok det strategiske initiativet. Ved slutten av 1943 hadde sovjeterne opphevet beleiringen av Leningrad, gjenerobret mye av Ukraina og gått inn i Hviterussland. Ved slutten av 1944 var frontlinjen dyttet lenger vest enn grenselinjen fra 1939. En stor overlegenhet i troppestyrker og materiell gjorde at de sovjetiske styrkene kunne presse tyskerne tilbake inn i selve Tyskland, og i mai 1945 falt Berlin.