עם פרוץ המלחמה היה מודל ראש מטה הקורפוס ה-4, והשתתף עמו במהלך המערכה בפולין, כחלק מהארמייה העשירית במסגרת קבוצת ארמיות דרום. ב-22 באוקטובר 1939 מונה לראש מטה הארמייה ה-16, והשתתף עימה במהלך המערכה על צרפת כחלק מקבוצת ארמיות A. ב-13 בנובמבר 1940 מונה מודל למפקד דיוויזיית הפאנצר ה-3, ופיקד עליה במהלך מבצע ברברוסה כחלק מקורפוס הפאנצר ה-24 בארמיית הפאנצר השנייה, והשתתף עימה בקרב סמולנסק ובכיתור הגדול בקייב. על פעולותיו בקרבות קיבל מודל ב-9 ביולי 1941 את עיטור צלב האבירים של צלב הברזל. ב-1 באוקטובר 1941 הועלה מודל לדרגת גנרל חיל השריון, וב-15 באוקטובר מונה למפקד קורפוס הפאנצר ה-41 שהיה חלק מארמיית הפאנצר השלישית, והיה בחוד החנית של מבצע טייפון, שהיה אמור להוביל לכיבוש מוסקבה. במהלך הקרב על מוסקבה, כוחותיו של מודל הצליחו להשתלט על עמדות אסטרטגיות וחשובות של כמה גשרים המובילים למוסקבה, והוא אף הגיע למרחק 20 קילומטרים מן העיר, לפני שכוחות הצבא האדום הצליחו להסיג את כוחותיו של מודל.