Nach dem Angriff auf die Sowjetunion am 22. Juni 1941 erzielten Models Panzer Anfang Juli 1941 den Durchbruch über den Bug, nahmen an weiteren Gefechten teil und schlossen im September 1941 den Kessel von Kiew. Mit Wirkung vom 1. Oktober 1941 zum General der Panzertruppe befördert, erreichte ihn am 26. Oktober 1941 auf dem Weg nach Moskau die Nachricht von seiner Versetzung als Kommandierender General des XXXXI. Panzerkorps an den Mittelabschnitt der Ostfront. Beim Angriff auf Moskau gelangte Models Korps Anfang Dezember 1941 in eine Position nördlich der Hauptstadt. „Am 5. und 6. Dezember 1941 schlug jedoch der Gegner zurück.“