Trong chiến dịch tấn công Liên bang Xô Viết năm 1941, Bock là Thủ trưởng Cụm Tập đoàn quân Trung tâm tấn công trên hướng Moskva. Quân Đức thắng nhiều trận lớn và áp sát Moskva ở cự ly 50 km, song sau đó bị chặn đứng và đập tan. Bock xin thôi vào tháng 12 năm 1941 và đổi làm Tư lệnh Cụm Tập đoàn quân Nam 4 tháng sau đó. Dưới sự chỉ huy của ông, binh đoàn này đã đánh bại Chiến dịch Barvenkovo-Lozovaya của Liên Xô, rồi chiếm cứ bán đảo Krym và một phần Voronezh trong mùa hè năm 1942. Nhưng do truy kích chậm các đơn vị Xô Viết gần Voronezh, Bock bị sa thải vào ngày 15 tháng 7 và không bao giờ được Hitler trọng dụng nữa. Cùng với vợ và con gái, ông qua đời ngày 4 tháng 5 năm 1945 trong một trận không kích của Không quân Anh ở Schleswig-Holstein.