6月12日、ヒトラーはアントネスクにソ連侵攻の計画を明かし、アントネスクは経済的、軍事的な協力を約束した。ソ連侵攻は、ロシアの脅威を完全に取り払う好機だと考えられていたため、国民からも強い支持を得た。侵攻の数時間前、アントネスクとミハイ1世は、ベッサラビアや北ブコヴィナの自由のための「聖戦」を宣言した。侵攻は6月22日に開始されたが、ルーマニア軍が参加したのは7月2日になってからであった。何度かの戦闘を経て、7月25日にはベッサラビア、北ブコヴィナの両地域がルーマニアに併合された。8月6日のヒトラーとアントネスクの会談では、ドニエストル川と南ブーフ川に挟まれた地域（トランスニストリア）がルーマニアの市民行政下に置かれることが決定した。ルーマニア軍はさらに、南ブーフ川とドニエプル川の間の地域も占領し、部隊の一部はドニエプル川を超えて侵攻を続けた。8月19日には、トランスニストリア県が設立されたが、ベッサラビアや北ブコヴィナと異なり、正式にルーマニアに併合されることはなかった。大勢のルーマニア軍が、ロシア南部やコーカサスにおけるドイツ軍の侵攻に加わった。しかし、スターリングラード攻防戦でドイツが敗北を喫すると、アントネスクはドイツに勝利は不可能であると考えるようになった。アントネスクはドイツに対し、軍隊や物資の支援を続けたが、同時に東部の守備を始めた。