Paulus kreeg op 3 september 1940 een nieuwe taak: hij werd "Oberquartiermeister I" (O.Qu.I) in het Oberkommando des Heeres (OKH), de Generale Staf van de landmacht. Het hoofdkwartier van het OKH lag bij Fontainebleau, maar kort nadat Paulus bij het OKH kwam werd het hoofdkwartier verplaatst naar Zossen, nabij Berlijn. Al snel kreeg het OKH opdracht een plan te ontwerpen voor de invasie van de Sovjet-Unie. Paulus was een van de eerste officieren die betrokken raakte bij dit project. Hij maakte met zijn kwaliteiten indruk op Franz Halder, de Chef van de Generale Staf van het OKH. Het feit dat de Sovjet-Unie en Duitsland een Non-Agressiepact hadden ondertekend, lijkt geen obstakel te zijn geweest voor Paulus. Paulus' vrouw, die afkerig was van de nazi's, vermoedde waaraan Paulus aan het werken was. Ze liet merken dat ze het immoreel vond de Sovjet-Unie binnen te vallen. Paulus liet haar weten dat hij er niets aan kon veranderen en dat hij gewoon als een militair zijn bevelen opvolgde. Paulus had een overdreven respect voor hiërarchische bevelstructuren. Als stafofficier werkte hij secuur en geconcentreerd. Het liefst laat op de avond, gebogen over de kaarten en met koffie en sigaretten binnen handbereik. Als hobby tekende hij kaarten van Napoleons veldtocht in Rusland. Collega-officieren van zijn zoon in de 3. Panzerdivision noemden hem 'meer een wetenschapper dan een generaal, vergeleken met Erwin Rommel en Walter Model'. Paulus' goede manieren maakten hem populair bij zijn meerderen.