В связи с подготовкой к вторжению в СССР 4-я армия была снова переброшена на восток и включена в состав Группы армий «Центр». В ходе Операции Барбаросса армия вела наступление в Белоруссии, участвовала в Белостокско-Минском сражении. 1 июля 1941 года армия соединилась с 9-й немецкой армией восточнее Белостока, тем самым окружив в «Белостокском котле» часть сил советского Западного фронта (3-я и 10-я советские армии). Бои с окружёнными советскими частями велись до 8 июля 1941.