1月31日、第6軍司令官フリードリヒ・パウルスが降伏し、第6軍の兵員も相次いで降伏した。この敗北は独ソ戦、さらにドイツ軍自体の転換点と評されている。さらに北アフリカでもカセリーヌ峠の戦いの敗北によって枢軸軍は戦力を失い、5月には北アフリカは完全に連合国の手に落ち、イタリアやバルカン半島が連合国軍の反攻にさらされることとなった。また1月30日には前年12月のバレンツ海海戦で失敗したことによってレーダーが海軍総司令官を辞任し、Uボート艦隊総司令官のカール・デーニッツ提督が後任の海軍総司令官に任命された。赤軍はその後も進撃を続け、ドイツ軍は押し戻されつつあったが、マンシュタインの指揮による第三次ハリコフ攻防戦によって食い止めることに成功した。ヒトラーは続いて赤軍の突出部を叩く「ツィタデレ作戦（城塞作戦）」を発動し、7月4日からクルスクの戦いと呼ばれる大規模な戦車戦が行われた。しかしおりしもシチリア島に連合軍が上陸し、イタリアの政情が不安定となったため、ヒトラーは東部戦線の部隊を引き抜いてイタリア方面に差し向けた。このため攻勢を続けることはできず、東部戦線では赤軍の優勢が固まることとなった。7月25日、イタリアではムッソリーニが解任され、幽閉されるというクーデターが発生した。イタリアは連合国に降伏したが、これを予期していたドイツはイタリア北部、バルカン半島、フランスの駐屯イタリア軍を武装解除した。さらに北イタリアに救出したムッソリーニを首班とする「イタリア社会共和国」を建設させて抵抗した。11月22日、ヒトラーは国防軍に対するイデオロギー支配の強化が戦局を転回するとして、国防軍部隊に国家社会主義指導将校（NSFO）を配置する制度を導入した。
1939年5月22日にドイツとイタリア王国は「鋼鉄協約」を締結したが、ドイツのポーランド侵攻が現実味を帯びてくるとイタリア軍部は参戦に尻込みするようになった。ドイツはポーランド戦からイギリスなどの干渉を排除するため、6月22日にソ連と不可侵条約を締結した（独ソ不可侵条約）。しかし1939年9月1日のドイツ軍のポーランド侵攻は9月3日のイギリスとフランスの参戦を招いた。ドイツ軍は航空機と機動戦力を組み合わせた戦術でポーランド軍を破り、10月6日にポーランドにおける戦闘は終結した。しかしポーランド戦の進展にもかかわらず、独仏国境では戦闘も起こらず、「まやかし戦争」とよばれる平穏が続いていた。
「長いナイフの夜」の後、ヒトラーは「軍は唯一の武器独占者である」と言明したが、その一方でゼップ・ディートリヒの指揮する親衛隊部隊「ライプシュタンダルテ・SS・アドルフ・ヒトラー」を「軍と並ぶ近代的武装組織にする」と約束していた。1934年7月4日にブロンベルク国防相は親衛隊に対して一個師団程度の武装を認める約束を行ったが、フリッチュ陸軍総司令官らは軍の武装独占が破壊されるのではないかと危惧した。9月14日、ブロンベルク国防相は親衛隊が「内政上の必要から」親衛隊三個連隊の武装と一個通信隊が必要であると声明した。こうして武装した親衛隊部隊「親衛隊特務部隊」の編成が行われた。一方で強制収容所の監視に当たっていたSS警備部隊（1935年3月以降は親衛隊髑髏部隊）も独自に武装していたが、1935年5月のナチ党大会で初めて公表された。軍は新たな親衛隊の武装化に反発し、特務部隊を軍の指揮下に置こうとしたが失敗した。一方で親衛隊全国指導者ハインリヒ・ヒムラーは1936年4月に親衛隊特別国境警備部隊と親衛隊補助関税官組織を合併し、事実上の第二軍隊を建設しようともくろんだが、軍の反発によって1937年10月に解散に追い込まれた。
制御装置にはVVVFインバータ装置により三相交流に変換して交流電動機を制御するVVVFインバータ制御を採用しており、主電動機が後述するPMSMを採用しているため、モーターの回転子の回転に同期した制御が必要となり、インバータ1基で1基の主電動機を制御する個別制御の1C1M制御とした、PMSM主回路システムを採用している。これは、JRグループの量産車両としては初めての採用である。主電動機には、東芝製の密閉式永久磁石同期電動機（PMSM）を採用しており、近年のレアアース、特にジスプロシウムの価格高騰を受けて、ジスプロシウムを使わないサマリウムコバルト磁石を使用しており、誘導電動機（IM）と比べて主電動機の損失を半分以下に低減できるとともに、5 - 6%の効率向上を図っている。これにより騒音を抑えて、回生・力行での消費電力を103系1500番台の約57%、303系の約85%に抑えている（1両あたり消費電力では415系の約51%（理論値）である）。モハ305形には主変換装置・ブレーキ用のブレーキ抵抗器を、モハ304形にはシングルアーム式パンタグラフ・補助電源装置である150kVAの静止形インバータ(SIV)・スクロール方式の電動空気圧縮機を床下に搭載している。ブレーキには、回生・発電ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキを採用しており、回生ブレーキ作動時において、回生失効が起こることに備えて、ブレーキチョッパ装置・ブレーキチョッパリアクトル・ブレーキ抵抗器により構成されたブレーキチョッパシステムを搭載している。これは、筑肥線の筑前前原以西の単線区間での列車の運転密度が低い（列車本数が少ない）ことによる軽負荷が理由であり、回生失効が起きた際には、架線電圧の急上昇を検知して、ブレーキチョッパ装置による発電ブレーキに切替わることで、電気ブレーキの継続を図ることができる。