عملیات بارباروسا
عملیات بارباروسا که با عنوان تهاجم آلمان به اتحاد جماهیر شوروی نیز شناخته می‌شود، اسم رمز یورش ورماخت (نیروهای مسلح آلمان) و برخی متحدانش در نیروهای محور به اتحاد جماهیر شوروی در جریان جنگ جهانی دوم بود که به عنوان بزرگترین و گسترده‌ترین یورش نظامی تاریخ جهان در روز یکشنبه ۲۲ ماه ژوئن سال ۱۹۴۱ میلادی آغاز شد.
این عملیات قصد داشت هدف ایدئولوژیک آلمان برای تصرف سرزمین‌های غربی شوروی به عنوان فضای حیاتی و جای دادن نژاد آلمانی در آن را به منصه اجرا بگذارد. هدف آلمانی‌ها از طرح جامع برای شرق به‌دست آوردن منابع نفتی قفقاز و همچنین اراضی کشاورزی سرزمین‌های مختلف شوروی بود.
در دو سال منتهی به جنگ، دولت‌های آلمان و شوروی معاهدات سیاسی و اقتصادی با اهداف راهبردی میان خود به امضاء رسانده‌بودند. در پی حصول فراغت از جبهه غربی پس از پیروزی بر فرانسه در ماه مه سال ۱۹۴۰ و پس از اشغال مناطق بیسارابیا و بوکوفینای شمالی توسط شوروی، فرماندهی عالی ورماخت ماه ژوئیه همان سال آغاز به طرح‌ریزی یک تهاجم به شوروی کرد که در نهایت در ۱۸ دسامبر ۱۹۴۰ با صدور فرمان شماره ۲۱ پیشوا نهایی شد. در طول عملیات بارباروسا، حدود سه میلیون نیروی مهاجم (بزرگترین نیروی تهاجمی در تاریخ نظامی) در جبهه‌ای به‌طول ۲۹۰۰ کیلومتر با قریب به ۶۰۰ هزار خودرو و ۶۲۵ هزار اسب، به اتحاد جماهیر شوروی حمله‌بردند. این تهاجم نقطه اوج جنگ دوم جهانی به‌لحاظ جغرافیایی و نظامی بود. آغاز این عملیات موجب گشوده شدن جبهه شرقی جنگ برای آلمان گردید؛ جبهه‌ای که بیشترین شمار نیروها نسبت به هر جبهه دیگری در تاریخ را به خود دید و تأثیر بسزایی بر سیر جنگ جهانی دوم و تاریخ سده بیستم داشت.
در بعد عملیاتی، نیروهای آلمانی پیروزی‌های قابل‌توجهی کسب کرده، برخی از مهم‌ترین مراکز اقتصادی و سیاسی شوروی به‌ویژه در اوکراین را تصرف نموده و با وجود متحمل شدن تلفاتی سنگین، با اجرای نبردهای محاصره‌ای به دشمن خود مقدار بیشتری تلفات و خسارات وارد آوردند. نیروهای آلمانی با اجرای تاکتیک "جنگ برق‌آسا" در اعماق خطوط دفاعی دشمن در مجموع بیش از سه میلیون سرباز ارتش سرخ شوروی را به اسارت گرفتند. با وجود موفقیت‌های اولیه، تهاجم آلمان به مشکلات عدیده‌ای هم‌چون معضلات ترابری و تدارکاتی، کاستی‌های طراحی عملیاتی و زمستان روسیه گرفتار شد. در پایان این عملیات در ماه دسامبر سال ۱۹۴۱، نیروهای آلمانی با شکست در نبرد مسکو و ضدحمله زمستانی شوروی از حومه پایتخت به عقب رانده شدند. آلمانی‌ها با اطمینان بالایی انتظار فروپاشی سریع ساختار حاکمیت و مقاومت در شوروی همانند لهستان و فرانسه را داشتند اما حکومت شوروی و ارتش سرخ با نجات از تهاجم اولیه، دشمن را وارد یک جنگ فرسایشی نمودند؛ جنگی که آلمان با محدودیت در منابع مادی و انسانی به هیچ وجه مهیای آن نبود. نیروهای فرسوده ورماخت با از دست دادن ابتکار عمل، دیگر قادر به رسوخ به عمق سرزمین‌های شوروی نبودند و در نهایت متحمل شکست قطعی شدند.
این عملیات نام فریدریش یکم، پادشاه آلمان و امپراتور مقدس روم (رایش نخست) را که به سبب ریش سرخ «بارباروسا» لقب گرفته بود، بر خود داشت. فریدریش یکم کسی بود که در سال ۱۱۸۹ میلادی و در جریان جنگ صلیبی سوم در راس قوای صلیبی برای بازپس‌گیری اورشلیم به جنگ مسلمانان به رهبری صلاح‌الدین ایوبی رفت. آدولف هیتلر، پیشوای «رایش سوم» که جنگ خود با شوروی را نوعی جنگ صلیبی این بار علیه بلشویسم تلقی می‌کرد، لقب فریدریش یکم یعنی «بارباروسا» را بر عملیات تهاجم به شوروی گذاشت.
با روی کار آمدن کمونیست‌ها در روسیه، اتحاد جماهیر شوروی سوسیالیستی سیاست توسعه‌طلبانه‌ای اتخاذ کرد. در نخستین دهه از حاکمیت کمونیست‌ها، این کشور در تلاش بود ایده «انقلاب بلشویکی» خود را به سرتاسر جهان از جمله آلمان صادر کند. در میانه دهه ۱۹۲۰، رهبران شوروی برای مدتی سعی داشتند با تحریک هم‌فکران و جمعیت طبقه کارگر در سایر کشورهای غربی با میل کمتری برای صدور انقلاب، صرفاً آن‌ها را سرگرم خود نگاه دارند تا تهدیدی از جانب آن‌ها متوجه شوروی نباشد. در همین زمان، آلمان و شوروی دو پیمان راپالو در سال ۱۹۲۲ و دوم برلین در سال ۱۹۲۶ را با یکدیگر منعقد کردند. آلمان و شوروی همچنین از میانه دهه ۱۹۲۰ جهت توسعه مبانی نظری و رشد ظرفیت تهجیزات نظامی خود همکاری‌های سری صورت دادند تا آلمان بتواند ضمن دور زدن محدودیت‌های پیمان ورسای، فرصتی جهت بازسازی توان نظامی خود بیاید. شوروی در جهت دستیابی به فناوری‌های روز و استفاده از دانش آلمانی‌ها در این زمینه، مشتاقانه فضای لازم بدین منظور را فراهم آورد. هر دو طرف با دستیابی به مقدار زیادی دانش نظری و عملی، منفعت بالایی از این همکاری حاصل کردند و به کمک تجربیات کسب‌شده، در آینده نزدیک به قدرت‌های برتر در زمینه جنگ‌افزارهای زرهی و هوایی بدل شدند.
با این وجود، روابط دو طرف بر اثر واگرایی نظام‌های اجتماعی و سیاسی آن‌ها به سرعت به سمت تضاد کشیده شد. با به قدرت رسیدن آدولف هیتلر در سال ۱۹۳۳ تنش در روابط دو کشور شتاب گرفت. سرکوب کمونیست‌ها در آلمان، انتشار نسخه دوم کتاب "نبرد من" که در آن هیتلر خواهان توسعه آلمان به جانب شرق شده بود و برابر تلقی کردن کمونیست‌ها با یهودیان، همه در این مسئله نقش آفرین بودند. اختلافات ایدئولوژیک، با جانبداری از دو جبهه مخالف، حتی موجب تقابل عیان نظامی بین آلمان و شوروی در جنگ داخلی اسپانیا در سال ۱۹۳۶ شد.
به هر صورت با پیش‌گرفته‌شدن سیاست مماشات توسط قدرت‌های غربی در قبال آلمان، شوروی در نهایت وادار شد با آلمان وارد معامله شود. شوروی به تلاش بریتانیا و فرانسه برای دفع خطر آلمان از خود و تشویق آن به توسعه به سمت شرق، مظنون شده و حتی نگران بود در نهایت آلمان و بریتانیا با هم‌دستی یکدیگر جنگی علیه شوروی کمونیست به پا کنند. در طرف دیگر، تضمین استقلال لهستان توسط بریتانیا، جایگاه آلمان در اروپا را به چالش کشید. همین موضوع محرکی برای آلمان جهت خنثی‌سازی تهدید شوروی با رسیدن به توافق با آن، برای اجتناب از گرفتاری در جنگ دو جبهه‌ای شد.
مذاکرات بین طرفین از ماه آوریل سال ۱۹۳۹ آغاز شد. روز ۱۹ اوت ویاچسلاو مولوتف، وزیر خارجه شوروی پیش‌نویس پیمان عدم تجاوز مورد نظر شوروی را به سفیر آلمان ارائه نمود. روز ۲۳ ماه اوت، یواخیم فن ریبنتروپ، وزیرخارجه آلمان وارد مسکو شد. توافق نهایی در طی چند ساعت حاصل گردید و روز بعد یعنی ۲۴ ماه اوت سال ۱۹۳۹ به امضا رسید. امضای این پیمان که به پیمان مولوتوف–ریبنتروپ معروف شد، ناظران بین‌المللی را به تحیر انداخت. پیمانی که با وجود امیال متفاوت منعقد کنندگان آن، با پروتکل‌های مخفی علاوه‌بر لهستان، بخش‌های دیگر شرق اروپا از جمله کشورهای حوزه دریای بالتیک، رومانی و فنلاند را نیز بین دو طرف تقسیم کرد و به آلمان امکان داد بدون نگرانی از جناح شرقی، به لهستان و سپس فرانسه حمله کند. در طرف مقابل، شوروی که این پیمان را گونه‌ای موفقیت در اتخاذ بی‌طرفی تام به جای جانب‌داری از آلمان می‌دانست، آن را فراهم کننده فضای تنفس در شرایط سلطه آلمان بر اروپا و فرصتی کافی جهت تقویت بنیه نظامی خود می‌دید. به هر حال هر دو طرف کاملاً آگاه بودند که این توافق چیزی بیش از یک پیوند موقت تا زمانی که منافع آن‌ها را تأمین می‌کند، نیست و شکی وجود نداشت که آلمان در اولین فرصت چرخشی ضد طرف مقابل خواهد داشت.
این پیمان همچنین موجب همکاری‌های پراهمیت اقتصادی بین دو کشور گردید. آلمان قصد داشت از شوروی به عنوان منبع تدارکات جنگی استفاده نماید. از این رو روز ۱۱ فوریه سال ۱۹۴۰ یک توافقنامه اقتصادی بین دو کشور منعقد شد. محموله‌های ارسالی توسط شوروی از اهمیت تعیین‌کننده‌ای در امور جنگی آلمان برخوردار بود.
اوایل سال ۱۹۴۱، شوروی در صحنه روابط بین‌المللی شرایط به شدت ضعیفی داشت. این کشور توسط حلقه‌ای از دشمنان از امپراتوری ژاپن در شرق گرفته تا رومانی و فنلاند در غرب، احاطه شده و متحد چندان بااهمیتی نداشت. دشمنی شوروی و امپراتوری ژاپن به اندازه عمیق بود که با وجود تهدید در مرزهای غربی، ارتش سرخ وادار گشته بود قریب به ۱٫۵ میلیون نفر از نیروهای خود را در خاور دور نگاه دارد. درحالیکه پس از آغاز جنگ جهانی دوم، در طرف مقابل، آلمان با سلطه بر بیشتر اروپا از طریق جنگ‌های مختصری که زیرساخت‌ها و جمعیت آن را دست نخورده باقی گذاشته بود، کاملاً در موضعی برتر قرار داشت. آلمان عملاً شوروی را منزوی ساخته و ائتلافی از کشورهای اروپایی علیه آن تشکیل داده بود. در این شرایط با وجود این که برنامه‌های رژیم کمونیستی موجب ارتقا زیادی در مدرن‌سازی اقتصاد شوروی شده بود، اقدامات این رژیم همچون فجایع به‌پا شده در اوکراین و سایر نقاط که به مرگ ۱۰ تا ۱۵ میلیون نفر در اثر قحطی، کار اجباری و اعدام انجامیده بود، باعث تضعیف حاکمیت و فراهم آمدن وضعیت مستعد تهاجم خارجی گشت. بسیاری از شهروندان شوروی از حکومت این کشور تنفر داشتند و تقریباً از هر گونه جایگزینی به عنوان ناجی استقبال می‌کردند.
در کتاب "نبرد من"، آدولف هیتلر، پیشوای آلمان مهم‌ترین وظیفه سیاست خارجی «حکومت مردم» را امنیت بخشی به بقای نژاد آن می‌داند و این امر را از طریق برقراری «نسبتی سالم و طبیعی» بر اساس ضروریات حیاتی مردم، بین مقدار جمعیت و رشد آن با گستردگی جغرافیایی و منابعِ سرزمینی که در آن ساکن هستند، میسر می‌شمارد. به عقیده او ابعاد این سرزمین نه تنها از منظر تأمین مواد غذایی و مواد خام اهمیت دارد بلکه از نظر سیاسی و نظامی نیز مهم است. او نسبت جمعیت آلمان به مساحت آن را «حزن‌انگیز» می‌خواند که باعث شده این کشور از اهمیتی برخوردار نباشد. هیتلر در ادامه می‌نویسد اگر مردم آلمان در چنین اراضی محدودی «زندانی» شوند، در آینده با «بدبختی» روبه‌رو خواهند شد. او جنبش ناسیونال سوسیالیست را با به دست آوردن اراضی جدید، ناجی مردم آلمان از نابودی یا به بردگی درآمدن، معرفی می‌نماید. هیتلر در این راه بازیابی اراضی امپراتوری آلمان در سال ۱۹۱۴ و حتی هر دوره دیگری در تاریخ این کشور را کافی نمی‌بیند. هیتلر توسعه استعماری در سایر قاره‌ها را مشکل‌گشا نمی‌داند و بر لزوم سلطه بر اراضی بیشتر در خاک قاره اروپا تأکید می‌کند. او در نهایت اذعان می‌دارد که آلمانی‌ها بدین منظور باید نظر به شرق و مشخصا روسیه و کشورهای وابسته هم‌مرز آن بیفکنند.
هیتلر قوام دهنده حکومت‌های پیشین روسیه را هسته‌ای از «روشن‌فکران آلمانی» در طبقه حاکمان آن می‌داند که هم‌اینک جای خود را به «یهودیان» داده‌اند. یهودیانی که پایدار نگاه داشتن این حکومت برایشان ممکن نیست و امپراتوری عظیم روسیه را به سمت انحلال پیش می‌برند. به عقیده او این انحلال موجب از میان رفتن کشور روسیه می‌گردد. هیتلر می‌پندارد «یهودیت بین‌المللی» به عنوان «مجرمان خون‌آلود و خون‌آشام» و «انگل‌های نمایشگر فریب و خدعه» در لباس «بلشویسم روسی» به دنبال آن است که علاوه بر روسیه بر تمامی جهان از جمله آلمان سلطه استبدادی یابد و موجب از بین رفتن این کشور گردد. هیتلر تنها عامل بازدارنده را به‌کارگیری قوه قهریه بیرونی توسط نیرویی قدرتمندتر علیه آن‌ها برمی‌شمارد تا تلاش عناصر «یهودی–بلشویکی» برای سلطه بر جهان به همراه خودشان نابود شود.
پس از آغاز جنگ جهانی دوم، هیتلر معتقد بود می‌تواند بدون نیاز به تهاجم به این کشور، با بریتانیا از در صلح وارد شده و با آن به توافقی برسد که در آن آلمان بر بدنه اصلی خاک اروپا مسلط می‌شود و بریتانیا با دست کشیدن از مناطق تحت سلطه آلمان، امپراتوری جهانی خود را حفظ می‌کند. هیلتر اما دلیل مقاومت و حاضر نبودن بریتانیا به صلح را امید آن به شوروی می‌دانست و استالین را در حال تحریک این کشور برای ادامه جنگ به دنبال معطل نگاه داشتن آلمان جهت خرید زمان برای خود می‌دید. بدین رو، به زعم هیتلر از میان برداشتن شوروی امید بریتانیا را نقش بر آب کرده و آلمان را بر اروپا حاکم می‌نمود.
در پی اعمال محاصره دریایی توسط بریتانیا، امکان واردات نفت برای آلمان از طریق دریا از میان رفته و این کشور کاملاً به میدان‌های نفتی رومانی با تولیدات محدود که همواره زیر خطر بمب‌افکن‌های دشمن قرار داشت، وابسته شده بود. با وجود این که فتوحات سال ۱۹۴۰ موقتاً ذخایر نفت آلمان را تقویت کرد، با توجه به این که بار نیاز مناطق تصرف‌شده و متحدان آلمان به نفت نیز بر دوش این کشور افتاده بود، پیش‌بینی می‌شد با وجود تولید مقدار قابل توجهی سوخت ترکیبی، این ذخایر تا ماه اکتبر سال ۱۹۴۱ به پایان برسد. از این رو پیشنهاد تهاجم و تسلط سریع بر میدان‌های نفتی شوروی در قفقاز مطرح شد که اگر صورت نمی‌گرفت، عواقب وخیمی در عملیات‌های نظامی پس از ماه سپتامبر سال ۱۹۴۱ در پی داشت. به این ترتیب، پیروزی برق‌آسا بر شوروی و سلطه بر منابع نفتی آن یک ضرورت مطلق تلقی می‌شد. از طرفی با بسیج مقدار زیادی از نیروی انسانی آلمان برای مقاصد جنگی، این کشور با کمبود نیروی کار در بخش کشاورزی نیاز شدیدی به واردات مواد غذایی جهت تغذیه ملت خود پیدا کرده بود. با یادآوری شرایط نزدیک به قحطی آلمان در اثر محاصره دریایی بریتانیا در جنگ جهانی اول، روی‌آوری به شرق مخصوصاً اوکراین، به منظور دستیابی به منابع غذایی اجتناب‌ناپذیر به نظر می‌رسید.
به صورت کلی هیتلر می‌پنداشت غنائم حاصل از فائق آمدن بر شوروی، به آلمان خودبسندگی خواهد بخشید و این امر امنیت آلمان را تضمین خواهد کرد. از همین رو بسیاری از ژنرال‌های آلمانی نیز با وجود این که عملیات بارباروسا به عنوان تهاجم غیر مستقیم به بریتانیا را زیر سؤال می‌بردند، مشتاق مصون ساختن رایش سوم از محاصره به این طریق بودند.
از جمله دلایل دیگری که تاریخ‌نگاران برای تهاجم آلمان به اتحاد جماهیر شوروی در جریان عملیات بارباروسا ذکر کرده‌اند، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
قدرت حقیقی آلمان در نیروی زمینی آن بود. شمار نیروی انسانی این نیرو از زمان به قدرت رسیدن حزب ناسیونال سوسیالیست در سال ۱۹۳۳، از ۱۱۵ هزار نفر به ۳٫۸ میلیون نفر در سال ۱۹۴۱ رسیده بود. با وجود از بین رفتن مقدار زیادی از تجهیزات آلمانی (عموما منسوخ)، نبردهای پیشین تلفات نسبتاً سبکی به این نیرو وارد آورده و آن را دست نخورده باقی گذاشته بود. تقریباً تمامی افسران و درجه‌داران نیروی زمینی آلمان میدان نبرد را در لهستان و جبهه غربی تجربه کرده بودند. هیتلر از جانب این نیرو و سایر نیروهای ورماخت پشتیبانی زیادی برای بازیابی اقتدار و افتخار پیشین آلمان دریافت می‌کرد. ورماخت با برتری‌های خیره‌کننده در سال‌های ۱۹۳۹ و ۱۹۴۰ در اوج قدرت خود به نظر می‌رسید و اروپا را از مدار شمالگان در شمال تا بوردو در جنوب و از کانال مانش در غرب تا رود بوگ در شرق را تحت استیلای خود داشت.
آلمانی‌ها در فاصله بین دو جنگ دکترین نظامی «"بلیتس‌کریگ"» را توسعه داده بودند که از دکترین‌های قدیمی‌تر «رزم متحرک» و «رزم ترکیبی» اقتباس شده بود. در این روش تجهیزات متحرک رزمی با حمله متمرکز به بخش‌های کوچکی از خط مقدم، خطوط دشمن را شکسته و خود را به پشت این نیروها می‌رساندند و سپس با برهم زدن مسیر تدارکات و فرماندهی آن‌ها، بخش بزرگی از نیروهای دشمن را به محاصره درمی‌آمدند. به دنبال آن نیروهای پیاده‌نظام یگان‌های در محاصره را منهدم می‌کردند. استفاده گسترده از حملات یگان‌های هوایی در جریان پشتیبانی هوایی نزدیک نقشی کلیدی در موفقیت تاکتیک "بلیتس‌کریگ" داشت. به هر حال، همانند تجربه‌هایی در نبردهای جبهه غربی، گاهی ممکن بود با تأخیر پیاده‌نظام در پیشروی برای بستن حلقه محاصره، نیروهای دشمن موفق به گریز از آن شوند. این مسئله در اثر ناکافی بودن همیشگی تجهیزات موتوری نیروهای پیاده‌نظام آلمان بروز می‌نمود؛ چرا که معمولاً تنها بخش کوچکی از آن‌ها به تجهیزات موتوری دسترسی داشتند و اکثریت گسترده‌ای از قوای نیروی زمینی آلمان را پیاده‌نظام با یگان‌های اسب‌کشنده توپخانه و تدارکات تشکیل می‌دادند. با این حال، در مقام مقایسه، لشکرهای پیاده‌نظام آلمانی بسیار بیشتر از یگان‌های متناظر خود در ارتش سرخ به خودروهای چرخ‌دار مجهز بودند.
با توجه به اهمیت حیاتی نیروهای زرهی در دکترین تهاجمی آلمان، پیش از آغاز عملیات بارباروسا، آلمانی‌ها با کاهش تعداد تانک‌های هر لشکر، تعداد بیشتری لشکر زرهی ایجاد نمودند. نسبت افزایش دوازده لشکر زرهی به بیست و چهار لشکر زرهی با مقدار افزایش تعداد تانک‌ها در ورماخت همخوانی نداشت و باعث کاهش میانگین تعداد تانک‌های هر لشکر زرهی از نزدیک به ۳۰۰ دستگاه در سال ۱۹۴۰، به کمتر از ۱۶۰ دستگاه در هنگام آغاز عملیات بارباروسا شد. از طرفی این اقدام بسیاری از وسایل نقلیه موتوری پیاده‌نظام را از آن‌ها گرفت و به نیروهای زرهی بخشید.
بر خلاف افسران ارتش سرخ شوروی، تمامی رده‌های افسران آلمانی آموزش دیده بودند تا به ابتکار خود دست به عمل بزنند و هنگام عدم دریافت فرمان از رده‌های بالاتر با تفکرات خود به مسیر ادامه دهند. فرماندهان عالی‌رتبه آلمانی با ایجاد فضای ابتکار، هیچگاه یا بسیار اندک در کار زیر دستان خود دخالت می‌کردند، مگر این که اشتباه یا اتفاق بزرگی روی داده باشد. اقدام مستقلانه در چارچوب کلی برنامه در دکترین تاکتیکی نیروهای مسلح آلمان با عنوان «تاکتیک‌های ماموریت» مسئله‌ای پذیرفته‌شده و پسندیده به حساب می‌آمد.
به عنوان بزرگ‌ترین نیروی تهاجمی تاریخ، آلمان در مجموع برای عملیات بارباروسا بیش از ۳ میلیون نفر از نیروهای خود را در قالب ۱۵۱ لشکر شامل ۱۹ لشکر زرهی و ۱۵ لشکر پیاده‌نظام موتوریزه در مناطق شرقی متمرکز کرد. این نیروها در مجموع مقداری بالغ بر ۳۳۵۰ تانک و ۷۲۰۰ قبضه توپ در اختیار داشتند. به عنوان نیروهای متحد یا متفق آلمان، فنلاند با ۱۴ لشکر و رومانی نیز با ۴ لشکر و ۶ تیپ با پشتیبانی ۹ لشکر و ۲ تیپ دیگر، در عملیات بارباروسا حضور داشتند. هدایت تمامی نیروهای محور در اختیار فرماندهی عالی نیروی زمینی آلمان بود. ورماخت جنگ را مجموعاً با ۶۰۰ هزار وسیله موتوری آغاز کرد که تعداد زیادی از آن‌ها ساخت چک و فرانسه بودند. علاوه بر این قریب به ۶۲۵ هزار اسب نیز برای کشیدن موارد مختلف از جمله قطعات توپخانه به کار گرفته شده بود.
نزدیک به ۲۷۷۰ فروند هواگرد برای این عملیات در نظر گرفته شده بود. حدود ۶۵ درصد از این هواگردها در خط مقدم مستقر بودند. با وجود این که "لوفت‌وافه"، نیروی هوایی آلمان که از شهرت والایی همانند نیروی زمینی برخوردار بود و مجهزترین قوه نیروهای مسلح آلمان به حساب می‌آمد، اما برنامه تسلیحاتی آن با هدف سال ۱۹۴۲ تنظیم شده بود. درحالیکه هواگردهای مسرشمیت ب‌اف ۱۰۹اف جنگنده‌های فوق‌العاده‌ای بودند، مابقی انواع مدل‌های نیروی هوایی آلمان به سرعت رو به کهنگی می‌رفتند. به هر صورت در مقابل جنگنده‌های منسوخ و قدیمی شوروی در سال ۱۹۴۱، این هواگردها همچنان مؤثر واقع می‌شدند. "لوفت‌وافه" در سال ۱۹۴۱، با توجه به عملیات هوایی بر فراز بریتانیا، قریب به ۲۰۰ بمب‌افکن کمتر از از فصل بهار پیشین در اختیار داشت. با توجه به این کمبودها و استفاده از فرودگاه‌های آنی‌ساخت در خط مقدم، کار ایجاد برتری هوایی مؤثر و حملات تهاجمی برای خلبانان در اراضی گسترده مانند روسیه بسیار سخت بود. در حقیقت، "لوفت‌وافه" با این تجهیزات یک نیروی هوایی تاکتیکی با قابلیت حمایت از عملیات‌های تهاجمی زمینی کوتاه‌مدت به حساب می‌آمد و توانایی انجام عملیات هوایی عمیق را نداشت.
در مجموع به صورت کلی با باقی گذاشته شدن ۵۵ لشکر و ۱۵۰۰ هواگرد در مناطق دیگر، ۷۳٫۶ درصد از نیروی زمینی و ۵۸٫۳ درصد از نیروی هوایی آلمان در هنگام آغاز عملیات بارباروسا بدین منظور به‌کارگرفته شدند.
آلمان برای نخستین بار پس از آغاز جنگ جهانی دوم در طرح عملیاتی بارباروسا اذعان به نیاز و تمایل به دریافت یاری از سوی متحدان خود در نیروهای محور در برنامه‌های جنگی خود کرد. یکی از مقاصد آلمان در متوسل شدن به این متحدان، امنیت‌بخشی به جناحین به‌خصوص در جنوب و حصول اطمینان از ادامه یافتن جریان مواد اولیه ضروری از جمله نفت رومانی بود. با این وجود، بر خلاف آلمان، هیچ‌کدام از متحدان آن بهره چندانی از توان صنعتی نداشتند و اقتصاد آن‌ها دچار عقب‌ماندگی بود. فقدان تقریباً کامل صنعت تسلیحاتی و ناتوانی اقتصادی در تأمین نیازهای خط مقدم گریبان‌گیر این کشورها بود. برای مثال ایتالیا به عنوان پیشرفته‌ترین متحد آلمان در تمامی طول جنگ صرفاً قریب به ۲۵۰۰ تانک و توپ خودکششی تولید نمود؛ درحالیکه که آلمان این مقدار را تنها در عرض یک ماه تولید می‌کرد.
به خواست هیتلر، آلمان از مطلع ساختن متحدان خود، به‌جز رومانی، از زمان دقیق آغاز عملیات تا پیش از لحظات آخر خودداری کرد. همکاری با اسلواکی و مجارستان تنها به جهت امور تدارکاتی در نظر گرفته شده بود. با این حال گفته می‌شود مذاکراتی بدون مجوز پیشوا، با مجارستان جهت استقرار نیروهای آلمانی در خاک این کشور برای پشتیبانی از سایر نیروها از کوه‌های کارپات، صورت گرفته‌است.
شوروی در ضمن برنامه‌های پنج‌ساله، از سال ۱۹۲۸ شروع به نوسازی ارتش خود نموده بود. این ارتش تا سال ۱۹۳۵ ده هزار تانک در اختیار داشت که آن را به قدرتمندترین ارتش‌های جهان مشابه ساخته بود. از اواخر دهه ۱۹۳۰ نیروهای مسلح شوروی شاهد رشد چشمگیری بودند به وجهی که شمار قوای آن از ۱٫۵ میلیون نفر در سال ۱۹۳۷ با افزایش بیش از ۳ برابری به ۵٫۲ میلیون نفر در ماه ژوئن سال ۱۹۴۱ رسید. به هر صورت، این رشد شدید کمّی با شکل متوازنی با رشد کیفی همراه نشد و به کاهش قابلیت رزمی ارتش سرخ انجامید. گرچه بر روی کاغذ، ارتش سرخ بزرگترین و مجهزترین ارتش جهان به حساب می‌آمد، پیشینه پرنوسان و عملکرد آن در تعدادی از جنگ‌های کوچک باعث شده‌بود بسیاری از تحلیلگران توانمندی نظامی اندکی را برای آن فرض کنند. پاکسازی بزرگ در سال ۱۹۳۷ رده افسران شوروی را مضمحل کرده و تعداد آن‌ها را از بیش صدهزار نفر به نصف کاهش داد و ارتش سرخ را به یک «ببر کاغذی» بدل ساخت. این نیرو با وجود بزرگی در اندازه، دیگر فاقد مهارت و ساختار اداری لازم جهت مدیریت تحرکات پیچیده بود. بدین ترتیب تهاجم بی‌نظم شوروی به لهستان و صحنه مواجهه ارتش سرخ و نیروهای فنلاندی در جنگ زمستان مظهر شکست‌های متعدد حیرت‌آوری برای این کشور بود.
پاکسازی بزرگ علاوه بر افراد، افکار آن‌ها را نیز مورد هدف قرار داد. هنگامی که میخائیل توخاچفسکی، بانی نظریه «عملیات در عمق»، از صحنه حذف شد، تمامی آرا و اقدامات او در پیشبرد ارتش سرخ به سمت یک نیروی مکانیزه مدرن نیز از میان رفت. افسرانی نیز که زیر نظر توخاچفسکی آموزش دیده بودند و ممکن بود بتوانند اصلاحات جدید را راهبری کنند، همگی پاکسازی شدند. اطاعت حزبی در نیروهای مسلح جای هر ملاحظه دیگری را گرفته و ارتش سرخ پر از افراد «بله قربان گو» شده بود که نه آموزش لازم را جهت اجرای اصلاحات دیده بودند و نه قابلیت فردی لازم جهت طرح‌ریزی و اقدام مستقلانه داشتند و از ترس تشکیک در وفاداریشان هر فرمان مخربی را اجرا می‌کردند. گسترش سریع ارتش سرخ در کنار پاکسازی افسران ارشد و نیروهای باتجربه، سبب شده بود افسران بی‌تجربه با دریافت ترفیع درجه به مناصب بالاتر از سطح کفایت خود منصوب گردند. از طرفی با خورده شدن برچسب خائن و «دشمن خلق» به افسران و فرماندهان پیشین، بسیاری از افراد حاضر در ارتش سرخ دیگر به فرماندهان کنونی خود نیز اعتماد نداشتند و این مسئله به نوبه خود موجب کاهش شدید نظم و آمادگی رزمی بین نیروهای مسلح شوروی می‌شد. یکی از معدود تصمیمات هوشیارانه‌ای که رهبران ارتش سرخ در دوره پیش از جنگ گرفتند تشکیل یگان‌های متعدد با توان رزمی ناقص به جای تعداد اندکی یگان با توان رزمی کامل بود. این تصمیم باعث شد افسران بی‌تجربه و بی‌کفایتی به جای پایین آوردن کیفیت فرماندهی در سطح تاکتیکی، به ستاد لشکرها و سپاه‌های تازه ایجاد شده منتقل گردند.
به هر صورت، درگیری‌های مرزی با امپراتوری ژاپن در شرق دور تجربه‌های ارزشمندی از اجرای نبرد زرهی نصیب برخی فرماندهان ارتش سرخ ساخت. مشاهده موفقیت خیره‌کننده نیروهای زرهی آلمان در تهاجم به فرانسه، فرماندهی عالی ارتش سرخ را وادار به ملاحظاتی نسبت به کاستی‌ها نمود. اقدام برای مدرن‌سازی در سال ۱۹۴۰ با چرخش ناگهانی در مسیر آغاز شده از سال ۱۹۳۷، موجب نابسامانی و سردرگمی گسترده گردید. مکانیزه‌سازی گسترده و مجدد این نیرو به اندازه‌ای سریع بود که تجهیزات و نفرات لازم برای آن تا هنگام آغاز جنگ مهیا نشد. اغلب ادوات زرهی ارتش سرخ از انواع قدیمی و تعداد بسیاری از آن‌ها نیازمند صورتی از تعمیرات بودند. از مجموع قریب به ۲۴ هزار تانک ارتش سرخ در ماه ژوئن سال ۱۹۴۱، تنها اندکی بیش از ۱۸۰۰ دستگاه شامل تانک‌های جدید کی‌وی و تی-۳۴ می‌شد. همین تعداد نیز با خدمه‌ای با آموزش اندک و بدون ذخایر کافی سوخت و مهمات بودند. یکی از کاستی‌های سازمانی نیروی زمینی ارتش سرخ فقدان یگان‌هایی معادل گروه‌های زرهی یا ارتش‌های زرهی آلمانی بود که قادر به انجام عملیات‌های ادامه‌دار در عمق اراضی تحت سلطه دشمن باشند. بزرگ‌ترین آرایش زرهی ارتش سرخ سپاه مکانیزه با ساختاری خشک و انعطاف‌ناپذیر با تعداد بیش از اندازه‌ای تانک بود که از پشتیبانی کافی نیز برخوردار نبود. پراکندگی این سپاه‌های مکانیزه در اثر استقرار بد آن‌ها در مناطق مختلف بدون داشتن ارتباطی مؤثر با یکدیگر، امکان اجرای عملیات‌های تعیین‌کننده تهاجمی بر اساس طرح دفاعی شوروی را از آن‌ها گرفته و فرماندهی و آموزش ضعیف نیروها شرایط را وخیم‌تر ساخته بود.
سایر رسته‌های نیروی زمینی نیز شرایط مشابهی داشتند. لشکرهای پیاده‌نظام بی‌سازمان و رنجور از کمبود تدارکات و ادوات ارتباطی بودند. بخش قابل توجهی از ادوات و تجهیزات موجود در انبارهای ارتش سرخ، در ربع نخست سده بیستم میلادی تولید شده بود. این نیروها نیز همانند هم‌نوعان آلمانی خود با افزایش تعداد یگان‌های زرهی و مکانیزه، خودروها و کامیون‌های خود را برای تکمیل یگان‌های تازه، از دست دادند تا در بسیاری موارد خود کاملاً غیر متحرک شوند
با وجود این که نیروی هوایی شوروی بزرگ‌ترین نیروی هوایی جهان به حساب می‌آمد، هشتاد درصد از مجموع ۱۹٬۶۰۰ فروند هواگرد آن از مدل‌های قدیمی و فرسوده بودند. با این وجود مدل‌های جدیدتر هواگردهای شوروی از بهار سال ۱۹۴۱ پا به عرصه گذاشته بودند که این مسئله نیروی هوایی شوروی را به مخلوطی از تجهیزات قدیمی و جدید بدل ساخته بود. هنگام آغاز جنگ قریب به ۷٬۱۰۰ فروند از همه هواگردها در مناطق مرزی قرار داشتند اما تنها نزدیک به ۶ هزار خدمه آموزش‌دیده برای به پرواز درآوردن آن‌ها در اختیار بود. هنگام آغاز تهاجم آلمان تجربه بسیاری از خلبانان خط مقدم شوروی در استفاده از هواگرد خود تنها در حد چند ساعت بود. یگان‌های نیروی هوایی نیز مانند قوای مکانیزه، از وحدت فرماندهی لازم برخوردار نبودند و شرایط آشفته سازمانی آن‌ها هماهنگی عملیاتی را دشوار می‌کرد. پس از اشغال اراضی جدید توسط شوروی در شرق اروپا، با وجود برنامه پر شتاب و گسترده ساخت و ساز، تعداد اندکی پایگاه هوایی در این مناطق به عنوان سرحدات جدید، وجود داشت. از ۶۲ پایگاه هوایی منطقه نظامی غرب، تنها ۱۶ مورد دارای باند بتنی بودند و کار احداث هیچ‌یک از ۲۳ پایگاه هوایی منطقه بالتیک تا هنگام آغاز جنگ به اتمام نرسید. با وجود استاندارد یک پایگاه هوایی برای هر هنگ هوایی، در اثر کمبود فضا در ۱۴ پایگاه هوایی این مناطق ۲ یا ۳ هنگ جای گرفته بود. در منطقه بالتیک ۳۹ درصد هواگردها تنها در سه پایگاه هوایی و در منطقه نظامی غرب ۴۵ درصد هواگردها در تنها ۶ پایگاه هوایی مستقر گشتند. بیشتر همان پایگاه‌های هوایی موجود نیز بسیار نزدیک به مرز آلمان بودند تا با توجه به تراکم بالا به شدت در معرض خطر باشند.
در حین تمرکز بر نبرد بریتانیا و عملیات شیر دریایی، ارتشبد فرانتس هالدر، رئیس ستاد کل نیروی زمینی آلمان روز ۳ ژوئیه سال ۱۹۴۰ از ستاد عملیات‌های فرماندهی عالی نیروی زمینی خواست «ملزومات یک دخالت نظامی که روسیه را وادار به به‌رسمیت شناختن جایگاه مسلط آلمان در اروپا می‌کند» را بررسی نماید. هالدر روز ۴ ژوئیه ارتش هجدهم را موظف به آماده‌سازی یک طرح دفاعی برای محافظت از اراضی شرقی کرد. پس از حصول پیروزی مقتدرانه بر فرانسه در ماه مه سال ۱۹۴۰، هیتلر در جلسه ۲۱ ژوئیه در صدارت عظمای رایش، به تشریح مواضع خود دربارهٔ جنگ با شوروی پرداخت. هیتلر در این ملاقات اعلام کرد آماده است در صورت لزوم تصمیم دربارهٔ برنامه تهاجم به بریتانیا را تا بهار سال بعد به تعویق بیندازد تا جنگ علیه شوروی از پاییز همین سال آغاز شود. بر اساس نتایج تحلیل انجام شده توسط ستاد عملیات‌های فرماندهی عالی ورماخت مسائل ترابری به تنهایی حمله به شوروی در پائیز آن سال را غیرممکن ساخته بود. در نهایت در پی اختلاف نظر و ضعف و تأخیر تدارکاتی، هیتلر مجاب شد عملیات را به تعویق بیندازد و به فرماندهی عالی ورماخت دستور در اولویت قرار گرفتن گسترش ظرفیت ریلی در مناطق شرقی را بدهد.
با دریافت گزارش جلسه صدارت عظمی توسط هالدر، برنامه‌ریزی اولیه با تحقیق در سازمان اطلاعات نظامی ارتش‌های خارجی شرق در ارتباط با توان ارتش سرخ در دستور کار قرار گرفت. برنامه‌ریزان آلمانی از اثر پاکسازی استالین در شرایط نظامیان شوروی آگاهی داشتند و سرویس‌های اطلاعاتی آلمانی ساختار فرماندهی و پشتیبانی شوروی را حجیم، واکنش آن به حوادث را کند و غیر آماده برای انطباق با تغییرات سریع شرایط تاکتیکی برآورد می‌کردند.
دو هفته پس از آغاز آماده‌سازی‌های دفاعی توسط ارتش هجدهم، اهداف این طرح‌ریزی که توسط اریش مارکس، رئیس ستاد این ارتش صورت می‌گرفت، به شرایط تهاجمی تغییر یافت. مارکس طرح خود را تحت عنوان «پیش‌نویس عملیاتی شرق» تا ۵ اوت تکمیل کرد. طرح مارکس پایه برنامه‌ریزی‌های ستادی با جزئیات بیشتر را شکل داد. مارکس به صورت کلی، نیروهای مهاجم را به دو بدنه اصلی در شمال و جنوب منطقه مردابی تقریباً غیرقابل عبور پریپیات با هدف نهایی مسکو تقسیم کرد. طرح مارکس به صورت کلی شامل سه مرحله:
می‌شد. با فرض پیروزی در جنگ در مرحله سوم، در قالب مرحله چهارم، ماه آخر نیز صرف برقراری استحکامات دفاعی زمستانی در طول رود ولگا می‌گردید. طبق این طرح، عملیات مجموعاً ۹ تا ۱۷ هفته به طول می‌انجامید. مأموریت اصلی نیروی زمینی در طرح مارکس، انهدام نیروهای ارتش سرخ با یک یورش قدرتمندانه از ناحیه شمالی منطقه مردابی پریپیات و سپس حرکت به سمت مسکو، پایتخت اقتصادی و سیاسی شوروی بود. هدف نهایی دستیابی به خطی بود که از روستوف در جنوب آغاز می‌شد و با گذر از گورکی در شرق مسکو تا آرخانگلسک در کرانه دریای سفید در شمال کشیده می‌شد.
با وجود برنامه‌ریزی‌های فرماندهی عالی نیروی زمینی، هیتلر همچنان هیچ اعلام رسمی از تصمیم خود صورت نداده و هیچ فرمانی در این ارتباط صادر نکرده بود. نهایتاً روز ۳۱ ژوئیه، در کنفرانس بزرگ «شرایط کلی جنگ» در اقامتگاه برگهوف، هیتلر فرماندهان عالی نظامی را از تصمیم جدید خود مبنی آغاز یورش در بهار سال بعد مطلع ساخت و ضمن تشریح دلایل و اهداف آن، خواهان شروع آماده‌سازی‌ها شد. هیتلر ماه مه سال ۱۹۴۱ را «تاریخ موقت» آغاز تهاجم معین ساخت. به این منظور طرحی از جانب فرماندهی عالی ورماخت با عنوان «آماده‌سازی شرق» تا ۸ اوت مهیا شد.
روز ۳ دسامبر خلاصه‌ای از برنامه‌ریزی‌ها و شبیه‌سازی‌های فرماندهی عالی نیروی زمینی به هیتلر ارائه گردید که وی ضمن تأکید بر این مسئله که «مسکو خیلی مهم نیست»، طرح پایه را مورد تأیید قرار داد. در جلسه دیگری در ۵ دسامبر، هالدر در یک گزارش شفاهی به شرح جزئیات طرح پرداخت. هالدر پیشنهاد تشکیل سه گروه ارتش، دو گروه ارتش در شمال و سومی در جنوب منطقه مرداب‌های پریپیات که به سمت لنینگراد، مسکو و کیف پیش خواهند رفت، را مطرح ساخت. او هدف نهایی عملیات را خط ولگا–آرخانگلسک دانست و مجموع نیروهای آلمانی در این عملیات را ۱۰۵ لشکر پیاده‌نظام و ۳۲ لشکر زرهی و موتوریزه با دو ارتش در جایگاه ذخیره خواند. هیتلر در این جلسه بر به محاصره درآوردن نیروهای دشمن در منطقه بالتیک و لزوم تأمین نیروی کافی برای گروه ارتش مرکز جهت امکان چرخش بخش بزرگی از آن به جانب شمال تأکید نمود. او همچنین به لزوم حرکت نیروی ثانویه‌ای از گروه ارتش مرکز به سمت رود دنیپر در نزدیکی کیف و سپس چرخش به سمت جنوب شرقی جهت به محاصره درآوردن نیروهای دشمن در غرب اوکراین اشاره نمود.
نتایج نهایی طرح‌ریزی‌ها روز ۱۷ دسامبر به هیتلر ارائه گردید. روز بعد، ۱۸ دسامبر سال ۱۹۴۰، هیتلر با صدور رسمی آن تحت عنوان «فرمان شماره ۲۱ پیشوا» به تشریح مواردی همچون نحوه عملکرد متحدان آلمان پرداخت. او در این فرمان با وجود اشاره به اهداف جغرافیایی متعدد از جمله مسکو، به روشنی هدف نهایی عملیات بارباروسا را انهدام توان نظامی شوروی دانست و میانه ماه مه سال ۱۹۴۱ را مهلت نهایی انجام باقیمانده آماده‌سازی‌ها مشخص ساخت. اسم رمز «"بارباروسا"» برای نخستین بار در این فرمان از سوی پیشوا به کار گرفته شد. پیش از این از اسم رمز «"اوتو"» و «"فریتس"» در این ارتباط استفاده می‌شد. هیتلر روز ۹ ژانویه سال ۱۹۴۱ در کنفرانسی در برگهوف اذعان داشت «هنگامی که این عملیات اجرا شود، اروپا نفس خود را حبس خواهد کرد.»
آخرین روز ماه آوریل، هیتلر زمان رسمی آغاز عملیات بارباروسا را ۲۲ ماه ژوئن سال ۱۹۴۱ تعیین نمود. از جمله عواملی که سبب شد آغاز عملیات از ۱۵ مه به ۲۲ ژوئن به تعویق بیفتد عدم اتمام تمهیدات تدارکاتی و زمستان نامعمول پر بارشی بود که باعث طغیان رودخانه‌های مرکز اروپا شد. از طرفی اگر عملیات زودتر آغاز می‌شد به راسپوتیتسا، فصل بارندگی برمی‌خورد که راه‌ها را بلااستفاده می‌نمود. دلیل دیگر این تأخیر تهاجم نیروهای آلمانی به بالکان (یوگسلاوی و یونان) دانسته شده‌است.
رهبران آلمان از این مسئله که تمرکز میلیون‌ها سرباز و تحرکات بالای ریلی برای مدت چندان درازی نمی‌تواند از دیدها پنهان بماند، آگاه بودند. از این رو آلمان سعی کرد به جای مخفی نگاه داشتن حضور نیروهایش در مناطق مرزی، قصد آن‌ها را مخفی نگاه دارد. بدین ترتیب در توضیح رسمی تمرکز گسترده نیروها در مناطق شرقی لهستان، بازیابی، استراحت و همچنین آموزش نیروها جهت «تهاجم به انگلستان» دور از دسترس نیروی هوایی سلطنتی به عنوان علت بیان می‌شد. بدین صورت عملیات بارباروسا به «بزرگترین عملیات فریب تاریخ نظامی» بدل شد که تا آخرین روز پیش از آغاز، هدف خود را نه شوروی بلکه بریتانیا معرفی می‌کرد. در این جهت، آماده‌سازی آموزشی «عملیات شیر دریایی» برای تهاجم به جزیره بریتانیا که ماه اکتبر سال ۱۹۴۰ لغو شده بود، ظاهراً مجدد از بهار سال ۱۹۴۱ از سر گرفته شد. در کنار آموزش کاملاً آشکار نیروی‌های زمینی، نیروی هوایی آلمان چندین پرواز شناسایی بر فراز انگلستان صرفاً با هدف جلب توجه انجام داد.
در این میانه اقدام ناموفق رودلف هس در پرواز انفرادی برای برقراری صلح بین آلمان و بریتانیا، به یکباره در استالین که خیال می‌کرد این عمل نمی‌تواند بدون مجوز هیتلر اتفاق افتاده باشد، ظن توطئه آلمان و بریتانیا پشت سر شوروی را پدیدآورد. در پی این اتفاق آلمانی‌ها و در راس آن‌ها یوزف گوبلس، وزیر تبلیغات رایش سوم شروع به اقدامات گسترده در جهت نشان داشتن دشمنی شدید بین آلمان و بریتانیا کردند. حمله آلمان در ۲۰ مه به جزیره کرت در مدیترانه را می‌توان در این جهت دید. این تلاش‌های سران آلمان نهایتاً باعث شد عده‌ای در بریتانیا و حتی در خود آلمان تصور کنند اقدامات آلمان در ظاهرسازی در آماده‌سازی برای تهاجم به شوروی در حقیقت عملی برای پوشاندن طرح حمله به بریتانیا است.
قصد دیگر آلمان در تمرکز کاملاً آشکار نیروها در مرزهای شرقی، تظاهر به اقداماتی احتیاطی در مقابل تهاجم محتمل شوروی و همچنین ترغیب آن به اجتناب از هر گونه جابه‌جایی مخاطره‌آفرین نیروها، بود.
"لوفت‌وافه" ماه ژانویه سال ۱۹۴۱ یک اسکادران شناسایی اختصاصی جهت جمع‌آوری اطلاعات از اراضی شوروی ایجاد نمود. در روزهای پیش از آغاز عملیات، هواگردهای ارتفاع بلند شناسایی آلمانی بیش از ۳۰۰ مورد پرواز بر فراز اراضی شوروی انجام دادند. این پروازها گاهی با اعتراضات دیپلماتیک طرف مقابل مواجه می‌شد، اما اقدامات دفاعی اندکی بر ضد آن صورت می‌گرفت. در دو مورد هنگامی که هواگردهای شناسایی آلمانی در اثر نقص فنی وادار به فرود در اراضی شوروی شدند شواهد غیرقابل انکاری از جمع‌آوری اطلاعات توسط آن‌ها به دست آمد. در هر دو مورد از دوربین‌ها نصب شده در هواگردهای آلمانی به وضوح تصاویری از تأسیسات نظامی و اتصالات جاده‌ای یافت شد. با این حال، نیروهای دفاع هوایی شوروی از هدف قرار دادن این هواگردهای شناسایی منع شده بودند و حتی در یک مورد هواپیمایی که مجبور به فرود اضطراری گشته بود، بلافاصله آزاد شد.
بهار سال ۱۹۴۱ آلمان اقدام به اخذ مجوز تفحص از مناطق مرزی شوروی جهت اکتشاف آثار باقی‌مانده از نظامیان کشته شده آلمانی در جنگ جهانی اول و جنگ با لهستان نمود که با موافقت طرف مقابل همراه گشت. آلمانی‌ها در این جست‌وجو تمامی تلاش خود را برای شناسایی زمینی منطقه به انجام رساندند.
در همین حال عوامل اطلاعاتی آلمان و شورشی‌های اوکراینی مورد حمایت آن‌ها، بهار سال ۱۹۴۱ باعث ایجاد نابسامانی در اراضی غربی شوروی شدند. ماه مه سال ۱۹۴۱، آلمان با رواج شایعه امکان درخواست برلین از شوروی برای تغییر سیاست‌ها یا افزایش کمک‌هایش، موجب تصور بسیاری از فرماندهان ارتش سرخ مبنی بر این شد که هر گونه تهاجم آلمان پس از صدور ضرب‌الاجل یا نوعی از هشدار دیپلماتیک انجام خواهد گرفت. آلمان از ۱۶ ژوئن شروع به تخلیه تمامی پرسنل غیر ضروری سفارت خود در شوروی کرد و تا روز ۲۱ همان ماه هیچ کشتی تجاری آلمانی در بنادر تحت کنترل شوروی باقی نمانده بودند. روز ۱۲ ژوئن فیلدمارشال فن براوخیچ در دیداری که از نیروهای مستقر در مرزهای شرقی داشت، به اعضای ستاد ارتش چهارم گفت آماده به پا شدن «جنگ از طریق هر وسیله ممکن» توسط دشمن باشند. به‌طور کلی آلمانی‌ها منتظر پاسخ شوروی به تهاجم آن‌ها با گونه‌ای از «خشونت و وحشی‌گری» بسیار فراتر از جنگ‌های پیشین، بودند. فن براوخیچ به فرماندهان خود اطلاع داد که انتظار می‌رود روس‌ها از تسلیحات شعله‌افکن و شیمیایی استفاده کنند و دست به آلوده کردن چاه‌ها و ذخایر تدارکات بزنند.
سازمان‌های اطلاعاتی شوروی تقریباً در تمامی سطوح اطلاعات زیادی از امیال خصمانه آلمان جمع‌آوری کرده بودند. فرماندهی عالی شوروی از منابع مختلفی اطلاعاتی از حمله احتمالی آلمان و زمان آغاز آن دریافت نموده بود. با وجود تلاش آلمان برای پوشاندن مقاصد و القای اطلاعات غلط به شوروی، بهار سال ۱۹۴۱ جریان مستمری از گزارش‌های اطلاعاتی در ارتباط با تهاجم قریب‌الوقوع آلمان به رهبران شوروی وصول می‌شد. موثق‌ترین اطلاعات از ریچارد زورگه، جاسوس آلمانی کمونیست از توکیو دریافت گردید. سورگه اطلاعات دقیقی که نشان‌گر تهاجم آلمان از میانه ماه ژوئن بود، به مسکو ارسال نمود. جواب رهبران شوروی به تمامی این اطلاعات تشکیک در صحت آن‌ها بود. یکی دیگر از منابع اطلاع‌رسانی در ارتباط با تهاجم پیش‌رو، دولت‌های خارجی دشمن آلمان بودند. وینستون چرچیل، نخست‌وزیر بریتانیا از ماه آوریل سال ۱۹۴۱ در تلاش برای مطلع ساختن استالین از قصد آلمان بود. با این وجود روابط خصمانه با این کشورها موجب عدم اطمینان به آن‌ها می‌شد.
روز ۲ ژوئن سال ۱۹۴۱، لاورنتی بریا، کمیسار خلق در امور داخلی شوروی هیئت دولت را از شواهد نگران کننده‌ای از «اقدامات جنگی» آلمان در تمامی طول مرز مشترک با شوروی مطلع ساخت. کمیساریای خلق در امور امنیت کشور (ان‌کاگ‌ب) از مناطق بلاروس، اوکراین و مولداوی گزارش‌های دقیق و محکمی مبنی بر مشاهده انتقال گسترده ادوات و یگان‌های آلمانی به سمت مناطق مرزی می‌داد. یک مأمور مخصوص ان‌کاگ‌ب در مسیر بازگشت از بریتانیا، هنگام گذر از لهستان، اذعان می‌دارد آلمان به شکل گسترده در حال تغییر ریل‌های مناطق در عمق ۲۰۰ کیلومتری مرز با شوروی با ریل‌های عرض آلمانی و ترمیم جاده‌های راهبردی است. این مأمور همچنین مشاهدات خود مبنی بر حرکت یک ستون «بیست کیلومتری» کامیون‌های بزرگ به سمت مرز را گزارش می‌کند. رهبران شوروی با وجود دریافت چنین اطلاعات هشدار دهنده‌ای، به قصد پرهیز از اقدامات تحریک‌آمیز، از دست زدن به تمهیدات ویژه و عمده خودداری می‌کردند. آن‌ها حتی بدین منظور فعالیت‌های اطلاعاتی در برلین را به شدت کاهش دادند.
استالین تصور می‌کرد این اطلاعات گمراه‌کننده توطئه‌ای از جانب سایر دشمنان آلمان به‌ویژه بریتانیا و جنبش مقاومت لهستان برای کشاندن شوروی به جنگ است و با آگاهی از ضعف ارتش سرخ، سعی در اجتناب از آن داشت. گزارش‌های فیلیپ گولیکوف، رئیس اداره اصلی اطلاعات شوروی در این ارتباط نیز توسط رهبران سیاسی کم‌اهمیت تلقی می‌شد؛ چرا که بیشتر آن‌ها جنبه تاکتیکی داشت و قسمت راهبردی آن اندک و با یکدیگر ناسازگار بود. ممکن است گولیکوف با ارائه چنین گزارش‌هایی که خود بر همگی آن‌ها برچسب مشکوک می‌زد، اساساً گرفتار خدعه اطلاعاتی آلمانی‌ها شده باشد. تهاجم آلمان به یوگسلاوی و یونان که در ماه‌های آوریل و مه سال ۱۹۴۱ اتفاق افتاد، نقش بسزایی در این مسئله و پوشیده نگاه داشتن عملیات بارباروسا در نزد رهبران شوروی داشت. این تهاجم نه تنها بهانه خوبی در ارتباط با استقرار بخش زیادی از نیروهای آلمانی در مناطق شرقی فراهم آورد، بلکه با به تأخیر انداختن آغاز عملیات بارباروسا باعث غلط از آب درآمدن گزارش صحیح زمان اولیه آغاز آن در ۱۵ ماه مه سال ۱۹۴۱، توسط جاسوسان شوروی شد. با عبور این تاریخ بدون بروز هیچ حادثه‌ای، دیگر گزارش‌های مشابه هیچ اثر قدرتمندی بر استالین و اطرافیانش نداشت.
در آغاز تابستان ۱۹۴۱، ژوکوف و سیمیون تیموشنکو، کمیسار خلق در امور دفاع، مکرراً به استالین از این که اطلاعات آن‌ها نشان از جنگ قریب‌الوقوع می‌دهد، هشدار دادند و خواهان بسیج کامل نیروها شدند. در هر صورت، استالین نمی‌خواست باور کند که آلمان در آن زمان قصد حمله دارد. استالین در این شرایط با نادیده گرفتن نشانه‌های توانایی آلمان در چنین کاری، در مقاصد آلمان در دست زدن به حمله به شوروی شک داشت. با این حال حجم گزارش‌های اطلاعاتی در نهایت موجب تزلزل اطمینان استالین که هنوز کاملاً متقاعد نشده بود، گردید تا همان روز با احضار پر عجله مرکولوف و فیتین، رئیس سازمان اطلاعات خارجی به کرملین، خواهان بازنویسی خلاصه قانع‌کننده و قاطعی از تمامی اطلاعات جمع‌آوری شده با زدودن موارد «متناقض» از آن، گردد. سندی در این ارتباط تا ۲۰ ژوئن آماده شد اما رسیدن آن به دست مرکولوف تنها تا چند ساعت پس از آغاز تهاجم آلمانی‌ها صورت گرفت.
روز ۱۸ ژوئن ان‌کاگه‌به گزارشی از تخلیه با عجله ۳۴ تن از کارکنان سفارت آلمان به همراه زنان، فرزندان و دارایی‌های شخصی آن از روز ۱۰ ژوئن داد و ابراز داشت درخواست صدور گذرنامه برای دیگران نیز ارائه گشته‌است. اعلام گردید آلمانی‌ها برخی از اسناد سری را از پیش به آلمان فرستاده‌اند و در حال از بین بردن برخی دیگر از آن‌ها هستند. شب ۲۱ ژوئن سه سرباز فراری آلمانی به شکل جداگانه با عبور از مرز، تلاش کردند به شوروی هشدار دهند که حمله از سحرگاه روز بعد آغاز خواهد شد. با رسیدن خبر هر یک از این موارد به استالین او بار دیگر این اقدامات را تحریک‌آمیز دانست اما به هر حال با تأخیر پذیرفت نیروهای مرزی در حالت آماده باش قرار بگیرند. ۴۵ دقیقه پس از نیمه شب ۲۲ ژوئن، دمیتری پاولوف، فرمانده منطقه نظامی غرب پیامی از جانب تیموشنکو و ژوکوف دریافت نمود که در آن خبر از امکان یک تهاجم غافلگیرانه از جانب آلمان در تمامی طول مرزهای غربی در روزهای ۲۲ یا ۲۳ ماه ژوئن می‌داد و مأموریت اجتناب از هر گونه اقدام فعالانه و همزمان قرار دادن نیروهای مناطق نظامی در آمادگی کامل رزمی جهت مقابله با تهاجم غافلگیرانه آلمان یا متحدانش را به او داد. به هر صورت این هشدار ظاهراً متناقض بسیار دیر ارسال شد. هواگردهای ارتش سرخ با دریافت این هشدار در حالت آمادگی رزمی بر روی باند فرودگاه‌ها به خط شدند تا روز بعد به راحتی توسط بمب‌افکن‌های آلمانی بمباران شوند. چنین فرامینی در حالتی صادر می‌شد که لشکرهای دریافت کننده آن عموماً از تجهیزات، مهمات، سوخت و ادوات ترابری لازم جهت اجرای آن برخوردار نبودند.
عملیات بارباروسا، بزرگ‌ترین عملیات نظامی تاریخ ساعت ۳:۱۵ بامداد روز یکشنبه ۲۲ ژوئن سال ۱۹۴۱ با گلوله‌باران شدید مواضع ارتش سرخ شوروی توسط ۶ هزار قبضه توپ، بمباران فرودگاه‌ها، مراکز ارتباطی، ذخایر سوخت و تأسیسات نظامی توسط هواگردهای "لوفت‌وافه" و تهاجم نیروهای زمینی آلمانی همراه متحدان رومانیایی خود با گذر از مرز مشترک با شوروی آغاز شد. نیروهای عملیات‌های ویژه "براندنبورگر" آلمان با استفاده از پوشش خودروها و تسلیحات ارتش سرخ، با فرود آمدن با چتر یا نفوذ در مناطق پشت خط مقدم شوروی اقدام به قطع خطوط تلفن، تصرف پل‌های کلیدی و شیوع آشوب و آشفتگی کردند. گفته می‌شود این لباس‌ها و تسلیحات را فنلاندی‌ها در جنگ زمستان به غنیمت گرفته و برای این عملیات در اختیار آلمانی‌ها گذاشته بودند.
در این شرایط، فرامین مؤکد و مکرر فرماندهی عالی شوروی بر عدم تحریک آلمانی‌ها به اقدامات خصمانه، ابتکار عمل لازم را از نیروهای شوروی گرفت. شنود رادیویی آلمان مکرراً پیام‌های نیروهای ارتش سرخ که مستأصلانه به قرارگاه‌های فرماندهی خود مخابره می‌کردند: «ما زیر آتش قرار گرفته‌ایم؛ چه باید بکنیم؟» را رهگیری می‌کردند. استالین در ابتدا خیال می‌کرد حمله اولیه آلمان تنها تحریک شوروی برای ورود به جنگ است و بدین جهت از صدور فرمان مقابله‌ای خودداری می‌نمود. او حتی تصور می‌کرد ژنرال‌های آلمانی بدون اجازه هیتلر دست به چنین کاری زده‌اند. تنها وقتی گراف فن شولنبرگ، سفیر آلمان، به کاخ کرملین احضار شد و به مولوتف اذعان داشت که تمرکز قوای شوروی در مرز، آلمان را وادار به اقدام متقابل کرده‌است؛ استالین از آغاز جنگ بین دو کشور مطمئن شد. مولوتوف همچنان با امید به این که هیتلر تصمیم خود را تغییر دهد، به سفیر آلمان اعلام کرد اقدامات نیروهای شوروی تنها تحرکات معمول بوده و هیچ تجمعی در مرز صورت نگرفته‌است که فن شولنبورگ در پاسخ اذعان کرد که چیز دیگری نمی‌تواند به این مسئله بیفزاید.
حضور ضعیف نیروهای شوروی در اغلب موارد در طول مرز و فعالیت نادر توپخانه‌های ارتش سرخ، در کنار عدم شناسایی هرگونه تحرک عمده در جهت خروج از منطقه محدب بیاویستوک، موجب تعجب فرماندهان عالی‌رتبه آلمانی و بروز شک در بیش از واقع برآورد کردن توان قوای شوروی گردید. ویلهلم ریتر فن لیب، فرمانده گروه ارتش شمال و فرماندهان ارشد میدانی او به زودی به این نتیجه رسیدند که نیروهای آن‌ها عموماً با یگان‌های مرزبانی شوروی برخورد کرده‌اند و به نظر می‌رسد قوای اصلی دشمن حتی پیش از آغاز عملیات عقب کشیده شده‌اند. در همین شرایط اسناد ثبت وقایع جنگی ورماخت نشان از مقاومت شدید و شجاعانه نیروهای ارتش سرخ تا سر حد مرگ دارد و گزارشی از تمایل آن‌ها به تسلیم ارائه نمی‌کند. فرانتس هالدر این شرایط را نتیجه دستپاچگی فرماندهان ارتش سرخ و ناتوانی آن‌ها در نشان دادن عکس‌العمل در سطح عملیاتی و در نتیجه مجبور شدن به دفاع در همان موضع می‌دید. تعداد اندک اسرا و فقدان قابل توجه توپخانه در یگان‌های ارتش سرخ نهایتاً هالدر را مقداری به نگرانی واداشت تا به این تصور روی آورد که بخش بزرگی از نیروهای ارتش سرخ، بیشتر از آنچه پنداشته می‌شد در مناطق شرقی مستقر هستند، اما اغلب این نیروها دورتر از مینسک نیستند و پس از الحاق گروه‌های زرهی ورماخت در جانب شرقی این شهر، شکاف ایجاد شده بین نیروهای دشمن و خط مقدم، به علاوه تلفات سنگین وارد شده به آن‌ها در این محاصره، آزادی کامل را به آلمانی‌ها خواهد بخشید. با این وجود، اندرو ناگورسکی در کتاب خود با استناد به منابع مختلف آلمانی و روسی، ادعای مقاومت سرسختانه این نیروها از روز نخست و عدم تمایل به تسلیم داوطلبانه را شایعات تبلیغاتی شوروی می‌خواند و گزارش از روحیه ضعیف نیروهای ارتش سرخ و تمایل آن‌ها به تسلیم شدن به صورت گسترده در روزهای اولیه می‌دهد.
ساعت ۹:۱۵ روز نخست عملیات، مارشال سیمیون تیموشنکو دستور به اتخاذ حالت تهاجمی توسط قوای جبهه‌های شمال غربی، غربی و جنوب غربی شوروی داد. علاوه بر این، تا ۲۵ ژوئن هیچ دستور عقب‌نشینی نیز به ارتش‌های سوم و دهم از درون منطقه محدب بیاویستوک ابلاغ نگردید. در همین حال، رسیدن گزارش‌هایی از گروه ارتش شمال آلمان در منطقه بالتیک مبنی بر وضوح عدم تمایل دشمن در دفاع از لیتوانی و آمادگی آن‌ها برای عقب نشستن به سمت رود دوینا، آشفتگی فرماندهی عالی نیروی زمینی آلمان را در دریافت چگونگی طرح دفاعی ارتش سرخ افزون ساخت؛ به گونه‌ای که عده‌ای همچون ارتشبد هاینتس گودریان این فرض را پیش کشیدند که شوروی از پیش از عملیات بارباروسا آگاهی داشته و اکنون در حال پیاده‌سازی برنامه‌ای پیچیده و گسترده‌است.
به هر حال، به جز منطقه نظامی کیف که در آن مقداری آمادگی وجود داشت، آغاز تهاجم آلمان موجب غافلگیری کامل نیروهای شوروی در تمامی طول خط مقدم شد و هرج و مرج شدیدی بین نیروهای آن ایجاد کرد. این هرج و مرج در منطقه نظامی غرب که در مقابل گروه ارتش مرکزی ورماخت قرار داشت، عیان‌تر بود. در این موقعیت ساختار فرماندهی شوروی تقریباً از همان ابتدا با از دست رفتن نزدیک به تمامی ظرفیت ارتباطی، در تمامی سطوح تا حدود زیادی از کار افتاد. نابسامانی کامل از کسب آگاهی لازم از شرایط موجود از طراحی و اجرای واکنش هماهنگ جلوگیری می‌کرد. تصمیم فرماندهی عالی شوروی در پایبندی به طرح دفاعی پیش از جنگ و دستور به اجرای بلافاصله ضد حملات در کنار سردرگمی داخلی و فشار خارجی، شرایط منطقه نظامی غرب را به شکل پرشتابی به سمت فروپاشی می‌برد. بدی شرایط در روزهای نخستین در نزد حاکمان شوروی به اندازه‌ای بود که حتی گمانه‌زنی‌های مختصری در ارتباط با دستیابی به صلح از طریق واگذار کردن منطقه بالتیک، بلاروس و اوکراین به آلمان پدیدار گشت. شایعاتی نیز از فرار استالین به چین، ایران یا ترکیه پدید آمد. در پی این شکست‌های ارتش سرخ، دور جدیدی از پاکسازی در شوروی آغاز شد. فرماندهان جبهه‌ها، ارتش‌ها، سپاه‌ها، لشکرها و سایر یگان‌ها دستگیر و به جوخه آتش سپرده می‌شدند. ان‌کاوه‌ده دستور یافت هر «بزدل» و فراری را که دستش به آن می‌رسید، تیرباران کند. خانواده فراری‌ها نیز از «مجازات» در امان نبودند.
فقدان اطلاعات از شرایط خط مقدم در اثر قطع یا مختل گشتن ارتباطات، باعث شده بود رهبران شوروی به یگان‌هایی دستور به ضد حمله بدهند که از پیش منهدم شده بودند یا به هیچ وجه قادر به اجرای آن نبودند. فرماندهان محلی از ترس متهم شدن به نافرمانی، این فرامین را حتی با آگاهی از شرایط، به رده‌های پایین‌تر ابلاغ می‌کردند. مخفی‌کاری شدید و محرمانه تلقی کردن بسیاری از امور در شوروی سبب شده بود، میزان غافل‌گیری نیروها و فرماندهان ارتش سرخ در تمامی سطوح در مواجهه با شرایط و وضعیت میدان‌های نبرد تشدید و توانایی انطباق از آن‌ها گرفته شود. در این شرایط تبلیغات رسانه‌های شوروی در ابتدا مدعی شد مهاجمان آلمانی در طول مرز تنها «پیروزی‌های کوچک» کسب کرده‌اند و در بیشتر موارد «حملات با تلفات سنگین دشمن دفع شده‌است.» حتی در یک مورد تا یک هفته پس از آغاز جنگ شایعه‌ای پیچیده بود که مارشال سیمیون بودیونی ورشو را تصرف کرده و کلیمنت ووراشیلوف در حال پیشروی به سمت برلین، پایتخت آلمان است. با این وجود به ابتکار عده‌ای از افسران دور اندیش، برخی نیروهای ارتش سرخ در حین عقب‌نشینی با اتخاذ راهبرد زمین سوخته اقدام به تخریب تأسیسات، آتش زدن زاقه‌ها و سلاخی احشام و ماکیان یا انتقال آن‌ها به شرق کردند. عناصر ان‌کاوه‌ده در نبود سازمانی بازدارنده، در مواجهه با تهاجم آلمان و با بی‌اطمینانی از این که با زندانیان خود در مناطق تازه اشغال‌شده بالتیک و اوکراین چه باید بکنند، با رمیدگی حاصل از وحشت، شروع به کشتار آن‌ها، حتی مجرمان عادی و افراد محاکمه‌نشده کردند. پس از عقب‌نشینی نیروهای شوروی، آلمانی‌ها در این اماکن با صحنه‌های جنایات غیرقابل وصف از جمله اجساد مثله‌شده مواجه گشتند.
بر مبنای دکترین تاکتیکی "بلیتس‌کریگ" و جهت ایجاد برتری هوایی و مهیا ساختن شرایط لازم برای تهاجم زمینی، حمله آلمانی‌ها با یورش همه‌جانبه هواگردهای "لوفت‌وافه" به فرودگاه‌های دشمن آغاز شد. پس از انجام عملیات شناسایی توسط ۱۵۰ هواگرد و با جلوداری هواگردهای مسیریاب، موج نخست حمله دقایقی پس از ساعت ۳ بامداد با ۸۷۰ بمب‌افکن متوسط، هواگرد تهاجمی، جنگنده سنگین و جنگنده-بمب‌افکن صورت گرفت. اغلب هواگردهای شوروی در اثر کمبود فضای مسقف، در محیط باز و بدون استتار در ردیف‌های فشرده در کنار هم چیده شده بودند تا زیر آسمان صاف به سادگی مورد هدف قرار گیرند. هواگردهای نیروی هوایی رومانی نیز در این حملات مشارکت داشتند. در مجموع، حمله ۵۰۰ بمب‌افکن، ۲۷۰ بمب‌افکن شیرجه‌ای و ۴۸۰ جنگنده به ۶۶ فرودگاه خط مقدم ارتش سرخ، در روز نخست بیش از ۱۲۰۰ هواگرد شوروی را اغلب بر روی زمین نابود کرد. بمب‌افکن‌های "لوفت‌وافه" با نفوذ در عمق خاک شوروی پایگاه نیروی دریایی این کشور در سواستوپول، در شبه جزیره کریمه، را نیز بمباران نمودند. نیروی هوایی شوروی به تازگی مجموعه‌ای از رزمایش‌های شبانه برگزار کرده بود و خلبانان آن هنگام آغاز تهاجم در خواب بودند و هواگردهایشان سوخت کافی نداشتند. از طرفی تهاجم در روز تعطیل یکشنبه اتفاق می‌افتاد و بسیاری از خلبانان مرخص شده بودند. واکنش شوروی به این حملات در اثر قطع شدن خطوط ارتباطی در اثر بمباران‌ها، پراکنده و ناهماهنگ بود.
در پی فرمان خوش‌باورانه ساعت هفت صبح روز نخست خطاب به نیروی هوایی شوروی جهت تهاجمِ بلافاصله هواگردهای این نیرو به عمق ۱۵۰ کیلومتری اراضی دشمن، تنها تعداد اندکی از هواگردهای شوروی توانستند از زمین برخیزند و با توجه به برتری هوایی آلمانی‌ها، میزان کمتری موفق شدند خود را به منطقه مرزی برسانند که آن هم نتیجه قابل توجهی نداشت و به از دست رفتن ۵۰۰ هواگرد دیگر شوروی انجامید. ناوگان دوم هوایی "لوفت‌وافه" در عرض دو روز تقریباً تمامی نیروهای هوایی شوروی در بخش مرکزی نابود را کرد. این نیرو در عرض یک هفته مجموعاً ۲۵۰۰ هواگرد شوروی را منهدم نمود. سپاه ۱ هوایی "لوفت‌وافه" در سه روز نخست به تنهایی ۱۶۰۰ بار به ۷۷ فرودگاه شوروی حمله کرد و موفق شد ۴۰۰ هواگرد دشمن را ساقط و ۱۱۰۰ هواگرد دیگر را بر روی زمین نابود کند. در مجموع در عرض سه روز آغازین شوروی دو هزار هواگرد و تا پایان هفته اول چهار هزار هواگرد خود را از دست داد تا بزرگ‌ترین نیروی هوایی جهان به نیرویی بی‌تأثیر بدل شود. در حالیکه طبق ادعای فرماندهی عالی ورماخت، آلمان در این مدت تنها ۱۵۰ هواگرد خود را از دست داده بود تا نسب خسارات وارده به طرفین ۱ به ۲۷ برآورد شود.
پس از حصول برتری هوایی در عرض چند روز، "لوفت‌وافه" توجه خود را معطوف به پشتیبانی مستقیم یا غیر مستقیم نیروی زمینی کرد. حمله هواگردهای آلمانی تحرکات ریلی و تدارکاتی نیروهای شوروی را فلج کرد. بسیاری از یگان‌های شوروی که شتابان به خط مقدم گسیل می‌گشتند، پیش از رسیدن به مقصد توسط نیروی هوایی آلمان آسیب می‌دیدند. در یک مورد لشکر چهل و هشتم تفنگ‌دار ارتش سرخ در منطقه بالتیک به گونه‌ای مورد هدف بمب‌افکن‌های آلمانی قرار گرفت که پیش از رسیدن به میدان نبرد متحمل تلفات سنگین شد.
در سمت شمالی جبهه، گروه ارتش شمال به فرماندهی فیلدمارشال ویلهلم ریتر فن لیب با پشتیبانی ۴۰۰ هواگرد ناوگان ۱ هوایی "لوفت‌وافه"، تهاجم خود به منطقه بالتیک را آغاز کرد. نیروهای زرهی گروه ارتش شمال تقریباً بدون مواجهه خاصی با دشمن از خط مرزی گذشتند و پیاده‌نظام نیز با سرعت زیادی پیشروی خود را آغاز کرد. یگان‌های معدود مستقر شده شوروی در طول خط مرزی در این ناحیه که متعلق به جبهه شمال غربی به فرماندهی فیودور کوزنتسوف بودند، در همان روز نخست منهدم شدند.
گروه زرهی ۴ تحت فرمان ارتشبد اریش هوپنر نقش سرنیزه زرهی این گروه ارتش را بر عهده داشت. در جناح شمالی این گروه زرهی، با اقدام به ضد حمله نیروهای مکانیزه ارتش سرخ، درگیری سنگینی از روز ۲۴ ژوئن بین تانک‌های طرفین در نبرد راسینیای درگرفت. نهایتاً سپاه ۴۱ موتوریزه موفق شد با ارسال نیروی کمکی، بیشتر نیروهای دشمن را در آن موضع به محاصره درآورد و منهدم کند. در جناح جنوبی گروه زرهی ۴، نیروی‌های سپهبد اریش فن مانشتاین در سپاه ۵۶ موتوریزه، موفقیت‌های بزرگ‌تری به دست آوردند. قوای این سپاه توانستند روز نخست ۸۰ کیلومتر و در عرض ۱۰۰ ساعت ۳۲۰ کیلومتر پیشروی کنند و در ۲۶ ژوئن بر دونابورگ در ساحل رود دوینا مسلط شوند. شکاف حاصل از عقب نشستن ارتش یازدهم شوروی به سمت اوپوچکا در شرق و حرکت ارتش هشتم آن به سمت ریگا در شمال، راه را کاملاً برای نیروهای آلمانی تا رود دوینا هموار ساخته بود. بدین ترتیب، نیروهای جلودار گروه ارتش شمال نیمی از راه لنینگراد را تنها در عرض ۵ روز طی کردند.
در جناح شمالی گروه ارتش شمال، ارتش هجدهم در عرض ۱۰ روز ۲۴۰ کیلومتر پیشروی کرده و لشکر شصت و یکم پیاده‌نظام آن با گذر از رود دوینا، یکم ماه ژوئیه با غلبه بر مقاومت حداقلی، ریگا، پایتخت لاتویا، را به سلطه خود درآورد. در این شرایط ارتش هشتم شوروی از سه طرف در جنوب شرقی ریگا در محاصره نیروهای گروه زرهی ۴ و ارتش هجدهم ورماخت قرار گرفته بود. ارتش هجدهم ورماخت سعی داشت با ایجاد یگان‌های پرسرعت، نیروهای دشمن را به محاصره کامل بیندازد که با نگرانی فرمانده آن از امکان از بین رفتن این گروه کوچک در مقابل نیروهای قدرتمندتر دشمن، قوای ارتش سرخ موفق شدند با عقب‌نشینی به سمت شرق از محاصره بگریزند. در جناح جنوبی گروه ارتش شمال، ارتش شانزدهم سعی داشت به شکل همزمان فاصله خود با نیروهای هوپنر در گروه زرهی ۴ را حفظ کند، از جناح راست گروه ارتش مراقبت نماید و ارتباط با گروه ارتش مرکز را برقرار نگاه دارد. لشکر صد و بیست و یکم پیاده‌نظام این ارتش در عرض دو روز خود را به شهر کاوناس، پایتخت پیشین لیتوانی، رساند. در این موقعیت ارتش شانزدهم موظف شد یک سپاه خود را در اتصال با ارتش نهم، جهت پوشش جناح راست گروه ارتش شمال به‌کارگیرد. از این رو انتظار نمی‌رفت بتواند با سرعت نیروهای زرهی را دنبال کند. بدین ترتیب، گروه ارتش شمال حرکت ارتش هجدهم به سمت استونی برای تصرف تالین را به تنها دو لشکر پیاده‌نظام محدود ساخت تا بیشتر قوای این ارتش بتوانند با فاصله کم یگان‌های زرهی را پس از رسیدن به اوستروف و پسکوف، تعقیب نمایند.
گروه ارتش مرکز به فرماندهی فیلدمارشال فدر فن بک با پشتیبانی هوایی ۱۵۰۰ هواگرد ناوگان دوم هوایی "لوفت‌وافه"، به دنبال محاصره مناطق بین بیاویستوک و مینسک، پایتخت بلاروس شوروی بود. گروه زرهی ۳ به راهبری ارتشبد هرمان هوت در جناح شمالی در روز نخست موفق شد هر چهار گذرگاه بر روی رود نمان در منطقه عملیاتی خود را به شکل تخریب‌نشده تصرف کند. گروه زرهی ۳ با گذر سریع از این رود، امکان نزدیک شدن از جانب شمال غربی به مینسک را میافت. شکست ارتش سرخ در حفظ خط دفاعی رود نمان موجب تصرف سریع ویلنا، پایتخت لیتوانی شوروی توسط ورماخت در ساعات اولیه صبح ۲۴ ژوئن شد. همزمان در جناح راست، گروه زرهی ۲ به فرماندهی ارتشبد هاینتس گودریان با گذر از رود بوگ، از کنار قلعه برست عبور کرد. تمامی نیروهای لشکر چهل و پنجم پیاده‌نظام این گروه زرهی با پشتیبانی چندین توپ ریلی، با تحمل تلفات سنگین، به شدت درگیر پاکسازی این قلعه و فائق آمدن بر مقاومت مدافعان آن شده بودند. با پایداری شدید عناصر ارتش سرخ کار سلطه بر این موضع برای آلمانی‌ها تا روز ۱۲ ژوئیه به طول انجامید.
بیشتر نیروهای ارتش‌های سوم، چهارم و دهم شوروی که در جانب غربی منطقه محدب بیاویستوک متمرکز شده بودند، در بین مسیر پیشروی دو گروه زرهی ۲ و ۳ ورماخت قرار گرفتند. همین مسئله بخشی از دلیل برخورد ضعیف یگان‌های زرهی آلمانی در ساعات اولیه عملیات با نیروهای دشمن بود.
گروه زرهی ۳ از محدود شدن حرکت نیروهایش به یک ستون به جهت شرایط وخیم راه‌ها و کاهش یافتن سرعت کل نیروها به سرعت آهسته‌ترین خودروها خبر داد. راه‌های پیش روی گروه زرهی ۲ نیز غیرقابل عبور گزارش شدند. این شرایط به اندازه‌ای برای این نیروها تأخیر ایجاد کرد که از مجموع ۸۰ کیلومتر پیشروی تعیین شده برای روز نخست، تنها ۱۸ کیلومتر محقق شد. در ادامه سپاه ۴۷ موتوریزه اطلاع از کمبود سوخت در یگان‌های پیشین خود داد که حاصل از مشکل عبور خودروهای چرخ‌دار تدارکاتی از رود بوگ و ترافیک حاصل از آن در جانب غربی این رود بود.
جهت سلطه بر اراضی بین رودهای دوینا و دنیپر و ناحیه ویتبسک–اورشا، هوت به نیروهای خود فرمان به حرکت به سمت شمال شرقی را صادر کرد. به هر حال، ۲۴ ژوئن فرماندهی گروه ارتش مرکز هوت را از تصمیم برای چرخش نیروهای زرهی تحت امر او از ویلنا به سمت جنوب به جانب مینسک به جای حرکت در جهت شمال و شرق مطلع ساخت. هوت و فن بک پاکسازی این منطقه را نسبت به سلطه بر اراضی بین دو رود دوینا و دنیپر پیش از سازماندهی نیروی کافی توسط ارتش سرخ برای برقراری دفاعی مستحکم، کمتر ضروری و آن را تأخیری غیر هوشیارانه می‌دیدند. با این حال و درحالی که ارتش نهم قصد داشت در همکاری با ارتش چهارم ورماخت، محاصره دیگری اطراف بیاویستوک ایجاد کند، فن بک ۲۵ ژوئن به ارتش نهم دستور داد یک سپاه کامل خود را به سمت ویلنا به منظور حمایت از پیشروی هوت، به سمت ویتبسک ارسال کند. بعد از ظهر همان روز، سرهنگ رودولف اشمونت، آجودان ارشد نظامی هیتلر، با پرواز به قرارگاه ارتش نهم و ابلاغ موافقت کامل پیشوا با قصد ارتش نهم، فرمان به چرخش تمام ارتش نهم به سمت جنوب را صادر کرد. پس از شکست در قانع کردن اشمونت جهت گسترش محاصره تا اسمولنسک، فن بک با نگرانی از امکان تصمیم برای بستن حلقه محاصره نیروهای زرهی در نووگرودوک و با تلاش برای هر چه بزرگ‌تر کردن محاصره تا جای ممکن، به نیروهای زرهی تحت امرش فرمان به حرکت به سمت مینسک داد.
تا این زمان، بزرگترین مشکل در ناحیه ارتش نهم ورماخت پدید آمده بود که در آن سپاه ۲۰ عصر ۲۴ ژوئن حوالی گرودنو از سه جهت زیر حمله تانک‌های ارتش سرخ قرار گرفته بود. این حملات در پی دستور دمیتری پاولوف، فرمانده جبهه غربی شوروی، به دو سپاه مکانیزه خود برای ضد حمله به وقوع پیوست. این نیروها در ابتدا مقداری موفقیت کسب نمودند اما حملات هوایی متعدد آلمانی‌ها اجازه برتری به آن‌ها نداد. نابودی تجهیزات ارتباطی ارتش سرخ در گرودنو توسط هواگردهای "لوفت‌وافه"، ادامه ضد حملات هماهنگ برای نیروی‌های پاولوف را غیرممکن ساخت. ضد حملات جبهه غربی شوروی با ناتوانی در آماده‌سازی و جهت دهی مناسب، با وجود تحمل خسارات و تلفات سنگین، بی‌تأثیر بود. ضدحمله پاولوف در جهت شمال، مینسک را بدون حفاظت زرهی رها کرد. در نتیجه، رخنه نیروهای هوت در ۲۶ ژوئن به سمت این شهر تا حدود زیادی بدون مانع صورت گرفت. با وجود نتایج بد تصمیمات پاولوف در نقاط دیگر، ضد حمله نیروهای مکانیزه او باعث افزایش پهنای شکاف بین نیروهای گروه زرهی ۳ و یگان‌های پیاده‌نظام ارتش نهم ورماخت در پشت سر آن‌ها شد.
روز ۲۶ ژوئن نیروهای گودریان شهر سلوتسک در صد کیلومتری جنوب مینسک را به زیر سلطه خود درآوردند. همزمان نیروهای هوت به ۳۰ کیلومتری شمال مینسک رسیدند. به نقل از کریستا شرودر، یکی از منشی‌های پیشوا، روز ششم عملیات، هیتلر که از پیشروی سریع نیروهای خود به شدت مشعوف گشته بود در کنفرانسی در "وولفشانتزه"، اذعان داشت: «همه‌چیز بهتر از آنچه پیشبینی می‌شد، پیش می‌رود.» روز ۲۸ ژوئن مینسک بدون وجود هیچ مدافعی تصرف و محاصره پیاده‌نظام ورماخت حوالی بیاویستوک تکمیل گردید. روز بعد طلایه‌داران دو گروه زرهی با الحاق به یکدیگر حلقه بیرونی محاصره دیگری را در حومه شرقی مینسک در ۳۰۰ کیلومتری عمق خاک شوروی بستند تا سه ارتش کامل و بیشتر یک ارتش دیگر شوروی را به دام بیندازند. به هر صورت محاصره کاملاً موفقیت‌آمیز نبود و پیاده‌نظام نتوانست فاصله خود را با نیروهای زرهی حفظ کند. بدین ترتیب بخش‌هایی از چهار ارتش شوروی قادر شدند به سمت شرق عقب بنشینند. مقاومت شدید نیروهای در محاصره باعث ایجاد تأخیر در پیشروی نیروهای زرهی ورماخت شد. تقریباً نیمی از قوای گروه ارتش مرکز درگیر انهدام نیروهای درون محاصره بودند. گزارش ارتش چهارم به فرماندهی عالی نیروی زمینی آلمان این مقاومت را نه برای حفظ جان خود بلکه جهت خریدن زمان برای سایر نیروهای شوروی توصیف کرد.
نهایتاً با پاکسازی مناطق تحت محاصره توسط نیروهای آلمانی تا روز ۳ ماه ژوئیه، ۲۹۰ هزار نفر به اسارت درآمدند، قریب به ۳۳۰۰ دستگاه تانک و ۱۸۰۰ قبضه توپ ارتش سرخ منهدم گشته یا به غنیمت گرفته شد و دو ارتش شوروی به همراه بخش‌های زیادی از سه ارتش دیگر شامل ۲۲ لشکر تفنگ‌دار، ۷ لشکر تانک و ۶ تیپ مکانیزه ارتش سرخ کاملاً منهدم شدند. تمامی معدود یگان‌های ارتش سرخ که از نظر تسلیحاتی تماماً تأمین شده و در این مناطق مستقر گشته بودند، به محاصره دشمن درآمده و منهدم شدند. بسیاری از این تسلیحات در نهایت به عنوان غنیمت به دست آلمانی‌ها افتاد. در مجموع جبهه غربی، ارتش سرخ در طی ۱۸ روز نبرد در شرق لهستان و غرب بلاروس، متحمل ۴۱۷ هزار نفر تلفات شد و ۹۴۰۰ توپ و خمپاره‌انداز، ۴۷۰۰ تانک و ۱۸۰۰ هواگرد خود را از دست داد تا به عنوان یک نیروی سازمان یافته کاملاً منهدم شده باشد.
در جانب جنوبی جبهه، گروه ارتش جنوب که در فضای تنگ بین مرداب‌های پریپیات و کوه‌های کارپات متمرکز شده بود، تحت فرمان فیلدمارشال گرت فن روندشتت با پشتیبانی هوایی ۷۷۰ هواگرد ناوگان چهارم هوایی "لوفت‌وافه"، با آغاز عملیات اوکراین را مورد هجوم قرار داد. این نیرو قوای جبهه جنوب غربی شوروی به فرماندهی سپهبد میخائیل کیرپونوس را در مقابل خود داشت. شوروی که در طرح‌ریزی دفاعی خود این محور را هدف اصلی تهاجم آلمانی‌ها پیشبینی کرده بود، بزرگترین تمرکز قوای خود را در این منطقه قرار داده بود؛ به گونه‌ای که بر طبق آمار شوروی، تانک‌های قوای جبهه جنوب غربی شش برابر و هواگردهای آن دو برابر گروه ارتش جنوب بود. علاوه بر قوای تحت امر کیرپونوس، نیروهای جبهه جنوبی ارتش سرخ به فرماندهی ایوان تیولنف نیز مقابل گروه ارتش جنوب ورماخت بودند تا در قسمت جنوبی جبهه مجموعاً قریب به ۸۰۰ هزار سرباز آلمانی با نزدیک به ۱٫۲ میلیون سرباز شوروی به پیکار بپردازند.
درحالیکه دو گروه ارتش شمال و مرکز در حال پیشروی با سرعت کافی بودند، شرایط در حوزه عملیاتی گروه ارتش جنوب به گونه دیگری در حال رقم خوردن بود. این نیرو با قوایی از دشمن برخورد کرده بودند که به تسلیحات بهتری مجهز بودند. نیروهای ارتش سرخ در این قسمت نیز دست به دفاعی شدید زدند و از جانب فرماندهان عالی موظف به اجرای بلافاصله ضد حملات گردیدند. نیروهای کیرپونوس در جبهه جنوب غربی به قیمتی گران، تنها نیروهای کل جبهات شوروی بودند که تا حدودی در مقابل مهاجمان به موفقیت‌هایی دست یافتند. موفقیت اولیه گروه ارتش جنوب آلمان را می‌توان در متوقف ساختن و دفع این ضد حملات نیروهای پرشمارتر شوروی دید. این نبردهای شدید هر دو طرف را متحمل خسارات و تلفات زیادی کرد. بدین ترتیب، با توجه به این درگیری‌های مرزی در ماه ژوئن، گروه ارتش جنوب از سایر نیروهای آلمانی در پیشروی عقب ماند.
در نهایت ۳۰ ژوئن با رها شدن لویو توسط ارتش سرخ، این شهر به تصرف نیروهای ورماخت درآمد تا پس از اثبات بی‌ثمری ضد حملات خسارت بار، همان روز "استاوکا"، فرماندهی عالی ارتش سرخ به کیرپونوس فرمان دهد نیروهای خود را تا روز ۹ ژوئیه تا مواضع دفاعی جدید در طول مرز سال ۱۹۳۹ شوروی و لهستان موسوم به خط دفاعی استالین عقب بکشد. تا این زمان با از بین رفتن ۱۲۰۰ تانک ارتش سرخ توسط گروه زرهی ۱ ورماخت در عرض در حدود ۱۰ روز، برتری زرهی جبهه جنوب غربی متزلزل شده بود. خط استالین نیز با رسیدن نیروهای ورماخت به بردیچیف، روز ۷ ژوئیه شکسته شد تا یک شکاف بین ارتش پنجم و ششم شوروی ایجاد شود و جناح چپ جبهه جنوب غربی شوروی در معرض محاصره قرار گیرد. پس از تصرف ژیتومیر توسط نیروهای آلمانی در ۸ ژوئیه، با تزلزل خط دفاعی قوای ارتش سرخ نیروهای سپاه ۳ موتوریزه ورماخت در ۱۰ ژوئیه موفق شدند با شکستن خط دفاعی دشمن، راه کیف را در پیش بگیرند.
در جناح جنوبی گروه ارتش جنوب، تهاجم ارتش یازدهم ورماخت از روز ۲ ژوئیه آغاز شد. فن روندشتت به دنبال به محاصره درآوردن نیروهای دشمن در جنوب اوکراین توسط ارتش یازدهم در همکاری با ارتش هفدهم بود. بر این اساس ارتش‌های سوم و چهارم رومانی نیز سواحل دریای سیاه را پاکسازی و اودسا را تصرف می‌کردند. ارتش یازدهم همان روز ۲ ژوئیه به رود پروت رسید. با مشاهده این وضعیت تیولنف، فرمانده جبهه جنوبی شوروی، مجوز عقب کشیدن نیروهای خود از رود پروت به مواظع دفاعی در طول رود دنیستر را از "استاوکا" دریافت کرد.
با وجود تلاش فنلاند در بی‌طرفی، تنها چند ساعت پس از آغاز تهاجم آلمان به شوروی، نیروی هوایی شوروی شروع به بمباران اراضی فنلاند کرد. چندین مورد گلوله‌باران و گشودن آتش بر مواضع مرزی فنلاند نیز به وقوع پیوست. ساعت ۴ بامداد روز ۲۵ ژوئن بدون اعلان جنگ، شوروی شروع به بمباران اهداف غیرنظامی و مراکز تولیدی فنلاند کرد. بدین ترتیب مارشال کارل مانرهیم به قوای خود دستور داد اقدامات دشمن را با آتش خود پاسخ بگویند اما از خط مرزی عبور نکنند. همان شب، یوهان ویلهلم رانگل، نخست‌وزیر فنلاند در جلسه پارلمان گفت حملات شوروی موجب ابطال بی‌طرفی فنلاند شده و ملت او همینک مجدداً در جنگ است. مانرهیم خواهان پیشروی در داخل خاک شوروی جهت به دست آوردن مواضع بهتر و پس گرفتن اراضی از دست رفته پیشین شد. به هر صورت فرستاده نظامی آلمان درخواست کرد تهاجم اصلی فنلاند تا پس از آغاز یورش آلمانی‌ها از مرزهای شمالی، چند روز به تأخیر بیفتد.
با وجود این که شوروی در دوره صلح موقت بین دو کشور خود را آماده تهاجم دیگری به فنلاند کرده بود، زمان‌بندی و شدت تهاجم نیروهای فنلاندی و آلمانی، ارتش سرخ را غافلگیر کرد. بیشتر نیروهای ذخیره و برخی از فرماندهان با تجربه شوروی از این ناحیه جهت مقابله با تهاجم آلمان به مرزهای غربی اعزام شده بودند. این مسئله موجب افزایش برتری نیروهای فنلاندی می‌گشت.
در بخش شمالی جبهه فنلاند، نیروهای ورماخت توسط سپاه کوهستان بدون مزیت غافلگیری با هدف سلطه بر مورمانسک از روز ۲۹ ژوئن شروع به پیشروی کردند و موفق شدند خود را به رود لیتسا برسانند. نیروهای آلمانی روزهای ۷ و ۸ ژوئیه از رود لیتسا عبور کردند اما با ضد حملات ارتش سرخ وادار به عقب‌نشینی شدند. با در نظر گرفتن شرایط جغرافیایی و مشکلات تدارکاتی، آلمانی‌ها ۱۲ ژوئیه حمله را سرگرفتند و روز بعد مجدداً از رود لیتسا گذر کردند؛ اما این بار ۱۴ ژوئیه نیروی دریایی شوروی بیش از ۱۳۰۰ نفر را پشت خط مقدم آن‌ها پیاده نمود. با عدم موافقت برای ارسال نیروی کمکی و افزایش مشکلات تدارکاتی، تهاجم یگان‌های ورماخت در این ناحیه مجدداً متوقف شد. هنگامی که سپاه کوهستان ورماخت آماده ادامه تهاجم می‌شد، زیردریایی‌های شوروی دو کشتی آلمانی حامل نیروی کمکی را غرق کردند. فشار نیروی دریایی بریتانیا نیز اعزام نیروی کمکی را برای چند هفته به تأخیر انداخت. سپاه کوهستان ورماخت حمله خود را دوباره از ۸ سپتامبر آغاز و مقداری پیشروی حاصل نمود. فرمانده سپاه روز ۲۱ سپتامبر فرمان به توقف حرکت و اتخاذ بهترین مواضع دفاعی داد. این سپاه در عرض دو و نیم ماه با دادن ۱۰ هزار نفر تلفات، مجموعاً تنها موفق به ۳۵ کیلومتر پیشروی گشت؛ درحالیکه همچنان بیش از ۵۰ کیلومتر با مورمانسک، هدف نهایی خود فاصله داشت.
در بخش مرکزی جبهه فنلاند، سپاه ۳۶ ورماخت سالا را از وجود عناصر دشمن پاکسازی کرد و به مرز سال ۱۹۳۹ فنلاند و شوروی رسید. این نیروها با پیشروی به جانب شمال شرقی، موفق شدند روز ۲۲ اوت دو لشکر شوروی را به محاصره بیندازند اما شرایط آب و هوایی و کمبود نیرو از جمله پشتیبانی ضعیف زرهی و هوایی، سبب گریختن یگان‌های دشمن از محاصره شد. در این قسمت از جبهه نیروهای مشترک آلمانی و فنلاندی ۱ سپتامبر آلاکورتی در صد کیلومتری شرق سالا را به تصرف درآوردند.
در سه هفته آغازین عملیات بارباروسا، ورماخت موفق به پیشروی ۴۸۰ کیلومتری، تصرف بلاروس، منطقه بالتیک، بخش‌های بزرگی از اوکراین، رساندن خود به رود دنیپر و انهدام استحکامات و چندین آرایش بزرگ شوروی در طول مرز شد. در میانه ماه ژوئیه خط مقدم آلمانی‌ها در یک خط شمال به جنوب از ناروا در استونی تا دهانه رود دنیستر در دریای سیاه در جنوب کشیده شده بود. در این مدت تلفات وارد آمده به شوروی حیرت‌انگیز بود. تا میانه ماه ژوئیه قریب به یک میلیون نفر از نیروهای ارتش شوروی سرخ کشته، زخمی یا مفقود شدند، این کشور نزدیک به ۱۰ هزار تانک و ۴ هزار هواگرد خود را از دست داد و صرفاً ده درصد از قوای مکانیزه آن باقی‌ماند. حدود یک ماه پس از آغاز عملیات بارباروسا، بیشتر ارتش سرخ پیش از جنگ دیگر وجود نداشت. سرعت پیشروی نیروهای آلمانی به شکلی بر نظام تدارکاتی شوروی فائق آمد که در ماه نخست ۲۰۰ انبار تدارکات نظامی از مجموع ۳۴۰ انبار ارتش سرخ به سلطه مهاجمان درآمد. در طرف مقابل در همین مدت ۹۲ هزار نفر به ورماخت تلفات وارد آمده بود که یک چهارم از آن‌ها کشته شده بودند. به هر صورت، این آمار با وجود این که فاصله بسیار زیادی با تلفات دشمن داشت اما با توجه به شرایط نیروی انسانی آلمان، کم به حساب نمی‌آمد.
در این موقعیت پس از محقق شدن این پیروزی در قالب وارد آوردن شکستی پر خسارت به دشمن و تحمل خسارتی به مراتب کمتر، هیتلر می‌پنداشت استالین عملاً جنگ را باخته‌است و شوروی قادر نخواهد بود تانک‌ها و هواگردهای منهدم شده خود را جایگزین کند. تقریباً در همین زمان، هالدر نیز به همین ترتیب در یادداشت‌های جنگی خود اذعان کرد: «با نگاه کلی می‌توانیم بگوییم کارمان را در انهدام نیروی زمینی روسیه در این سوی رودهای دوینا و دنیپر به انجام رسانده‌ایم.» او به استناد اطلاعات به دست آمده از اوراق جنگی دشمن اطمینان داشت آلمانی‌ها در آن سوی این دو رود با چیزی غیر از «نیروهای جزئی» که قادر به برهم زدن اهداف عملیاتی مهاجمان نیستند، برخورد نخواهند کرد. هالدر حتی ادعا می‌کند: «اغراق نکرده‌ام اگر بگویم عملیات علیه روسیه در عرض دو هفته به پیروزی رسیده‌است.» به هر صورت هالدر در ادامه خاطر نشان می‌کند: «البته هنوز تمام نشده‌است» و «مقاومت سرسختانه دشمن با تمامی امکاناتش، ادامه دارد» و کار پاکسازی می‌تواند هفته‌ها به طول بینجامد. آرای هالدر با دریافت گزارش سرهنگ کینتسل که در آن اعلام شده بود از مجموع ۱۶۴ لشکر دشمن که تا این لحظه شناسایی شده‌است ۸۹ لشکر کاملاً یا تا حدودی منهدم گشته و تنها ۴۶ لشکر در مقابل خط مقدم ورماخت قرار دارد، مورد تأکید واقع گشت. با مشاهده این وضعیت، ناظران بین‌المللی نیز شانس چندانی برای شوروی برای خروج موفق از این درگیری قائل نبودند. بریتانیا و ایالات متحده سخن از انهدام عامدانه تأسیسات نفتی شوروی در قفقاز جهت جلوگیری از افتادن آن به دست آلمانی‌ها مطرح ساختند.
با این وجود که پیروزهای گروه ارتش مرکز در این مرحله خیره کننده بود، یکی از نگرانی‌های آن ایفای وظیفه دوگانه به اتمام رساندن نبردها در غرب مینسک و حرکت همزمان به سمت شرق بود. در طرف دیگر دستاوردهای دو گروه ارتش دیگر مشابهت تامی با گروه ارتش مرکز نداشت. درحالیکه گروه ارتش شمال موفق شده بود استحکامات جبهه شمال غربی شوروی را در هم بشکند، بسیاری از نیروهای آن را منهدم کند و مابقی را در حالتی آشفته عقب براند، نیروهای کمکی این جبهه، شوروی را قادر ساخت مقاومت مناسبی در طول رود دوینا ترتیب دهد و دست به ضد حملات قدرتمندی بزند. در بخش جنوبی نیز با وجود شکسته شدن خط دفاعی و متلاشی گشتن جبهه جنوب غربی شوروی در محور کیف، نیروهای گروه ارتش جنوب با ضد حملات شدید و گسترده سپاه‌های مکانیزه دشمن مواجه گشته بودند. در این زمان فعالیت نیروهای باقیمانده از ارتش سرخ در پشت خطوط مقدم در قالب گروه‌های پارتیزانی در حال مشکل‌آفرینی بود و مقاومت نیروهای آن رفته‌رفته شدیدتر و پیشروی برای آلمانی‌ها دشوارتر می‌شد.
ضربه اولیه شدید ورماخت در بعد روانی و نظامی نشانه‌ای از فلج شدن یا فروپاشی درونی حاکمیت شوروی تولید نکرد. با وجود این که تلفات وارد آمده به مهاجمان در کوتاه مدت قابل تحمل بود، اما بیشتر از حد انتظار می‌نمود. آلمانی‌ها که دیگر عنصر غافلگیری و تحرک اولیه را از دست داده بودند، به مرور پیشبرد نیروها در سه محور جداگانه را پرزحمت‌تر می‌یافتند. چنین چالش‌هایی با فقدان تقریبی راه‌های قابل تردد، کمیابی ارتباطات ریلی و آغاز هشداردهنده نشانه‌هایی از کمبود نیروی انسانی، تشدید می‌گشت و هر یک مستعد خلق مشکلاتی در آینده بودند. پیشروی گروه ارتش‌های ورماخت کاملاً به فراتر از محدوده پایگاه‌های تدارکاتی آن‌ها رسیده بود که موجب پدیداری اختلال در امر باز تأمین نیازهای آن‌ها مخصوصاً در ارتباط با سوخت و مهمات می‌شد. نگران کننده‌تر از همه ناتوانی رهبران آلمانی در یافتن نقطه نظر مشترک در بعد راهبردی بود که موجب آغاز تنش درونی در بین آن‌ها می‌گشت. بدین شکل با توجه به نیاز به باز سازمان‌دهی نیروها و تصمیم‌گیری در ارتباط با راهبرد چگونگی پیشبرد عملیات در مرحله بعدی، با آگاهی کامل از بستگی نتایج نهایی جنگ به این تصمیمات، تا میانه ماه ژوئیه کارزار به نقطه حساسی برای آلمانی‌ها رسید.
در حالیکه هیتلر سلطه بر مناطق تحت محاصره و پاکسازی اراضی پشت سر نیروهای جلودار را لازمه ادامه کار می‌دید، هالدر این موضوع را دارای اهمیت ثانویه تلقی می‌کرد و به حفظ شدت پیشروی اولویت مطلق می‌داد. هیتلر روز ۲۹ ژوئن با ابراز نگرانی از عملیات‌های برد بلند نیروهای زرهی که موفقیت در مناطق بزرگ تحت محاصره بیاویستوک–مینسک را به خطر می‌انداخت، از گروه ارتش مرکز خواست اجازه پیشروی فرا تر از بابرویسک در ۱۵۰ کیلومتری جنوب شرقی مینسک را به گودریان ندهد. با این وجود هالدر امیدوار بود «فرماندهان میانی بدون دریافت دستور صریح، به ابتکار خود کار درست را انجام دهند» و گروه زرهی ۲ خود را به رود دنیپر برساند. از آن‌جایی که هالدر دیگر از نبود هیچ قصدی در ارتش سرخ برای عقب‌نشینی مطمئن شده بود، می‌پنداشت پیشروی سریع به سمت گذرگاه‌های دنیپر برای به محاصره انداختن نیروهای دشمن، سلطه بر اسمولنسک و باز شدن راه مسکو ضروری است.
تجربه مرحله نخست عملیات به آلمانی‌ها نشان داد نمی‌توانند تصور کنند پیاده‌نظام قادر به حفظ فاصله با نیروهای زرهی خواهد شد. از این رو برای هماهنگی بیشتر بین نیروهای زرهی و قوای پیاده، دو گروه زرهی ۲ و ۳ به همراه ۲ سپاه دیگر تحت فرمان فیلدمارشال گونتر فن کلوگه و ستادش در ارتش چهارم قرار گرفتند تا «ارتش چهارم زرهی» را شکل دهند. مابقی نیروهای ارتش چهارم به ارتش دوم پیوستند. ارتش دوم از جایگاه ذخیره به این گروه ارتش ملحق شد و می‌بایست جهت آزاد کردن نیروهای زرهی، در کنار ارتش نهم، در کوتاه‌ترین زمان ممکن مناطق در محاصره بیاویستوک–مینسک را پاکسازی می‌کرد.
هالدر روز ۳۰ ژوئن به دو گروه زرهی ۲ و ۳ دستور داد هر چه سریع تر نواحی مجاور رود دنیپر را پاکسازی کنند. مهم‌ترین مأموریت دو ارتش دوم و نهم ورماخت تصرف پل خشکی دوینا–دنیپر (اراضی بین دو رودخانه) بین اورشا و ویتبسک بود. این دو ارتش همان روز موفق شدند کار پاکسازی محاصره کوچک‌تر بیاویستوک را به پایان برسانند و نخستین سپاه‌های پیاده‌نظام آن‌ها توانستند به طرف نیروهای زرهی حرکت کنند. این امر به سادگی صورت نمی‌گرفت و راه‌پیمایی اجباری شدید و مداومِ پیاده‌نظام زیر گرمای هوا و گرد و خاک غلیظ و نفس‌گیر برخواسته از جاده‌های شنی، آن را بسیار دشوار ساخته بود و فشار زیادی را بر نفرات و اسب‌ها وارد می‌کرد.
با آغاز این طرح مشخص شد ارتش سرخ فرصت کافی برای جمع‌آوری نیروی دفاعی از جمله قوای زرهی را یافته و حتی قادر است دست به ضدحملات شدیدی بزند. بدی آب و هوا در برخی محدوده‌ها و راه‌های غیرقابل عبور جابه‌جایی نیرو را برای آلمانی‌ها دچار مشکل کرده بود. در جناح شمالی، گروه زرهی ۳ که نیروهایش به تجهیزات غنیمتی فرانسوی مجهز شده بودند، گزارش کرد برخی یگان‌هایش قادر به ادامه رزم نیستند. در این شرایط، تنها لشکر نوزدهم زرهی ورماخت توانست از رود دوینا بگذرد.
در جناح جنوبی، ۵ ژوئیه جناح راست گروه زرهی ۲ موفق شد با گذر از رود برزینا در نزدیکی روگاچف به رود دنیپر برسد. با این حال، روز بعد این گروه زرهی در جنوب روگاچف وادار به گرفتن موضع دفاعی در مقابل حملات ارتش سرخ از جانب شرقی دنیپر شد. روز ۷ ژوئیه سپاه ۳۹ موتوریزه در شمال اورشا زیر ضد حمله ۲ سپاه مکانیزه ارتش سرخ قرار داشت. این ضد حملات بی‌ثمر در مجموع در عرض پنج روز بیش از ۸۳۰ تانک از مجموع ۲۰۰۰ تانک ارتش سی‌ام شوروی را از بین برد و راه را برای آلمانی‌ها برای پیشروی به سمت اسمولنسک باز کرد. در طرف دیگر، گروه زرهی ۳ نیز در جناح چپ خود حالت تدافعی گرفته و تمام حملاتش را بر ویتبسک در بخش مرکزی متمرکز کرده بود؛ که به تصرف آن در ۹ ژوئیه انجامید. قوای شوروی پیش از عقب‌نشینی، این شهر را به آتش کشیدند.
حرکت دو گروه زرهی ورماخت در قالب برنامه به محاصره درآوردن مجدد نیروهای دشمن در یک منطقه بزرگ این بار با بستن حلقه محاصره در شرق اسمولنسک صورت می‌گرفت. گودریان با جابه‌جایی نیروها قصد داشت بزرگ‌ترین تمرکز نیروهای شوروی در گذرهای اصلی را دور بزند و از ضعیف‌ترین قسمت خط دفاعی دشمن عبور کند. در این رویکرد مواضع قدرتمند دشمن بعداً توسط پیاده‌نظام پاکسازی می‌شدند. این عمل نه تنها تعداد زیادی از نیروهای دشمن را پشت سر گروه زرهی ۲ باقی می‌گذاشت، بلکه جناح جنوبی آن را نیز متحمل تهدید ضد حمله دشمن در شرق رود می‌کرد. با وجود درخواست نیروی کمکی از ارتش دوم و گسیل گشتن با عجله دو لشکر، گودریان قصد داشت با تانک‌های خود و بدون منتظر ماندن جهت رسیدن این لشکرها تهاجم را ادامه دهد.
با اطلاع فن کلوگه از این موضوع، اختلاف نظر بین این دو تن بروز کرد. گودریان با بی‌اعتمادی نسبت به فن کلوگه، مدعی شد اگر این حمله با موفقیت اجرا گردد کل عملیات بارباروسا در همین سال مختومه خواهد شد. نهایتاً با استناد گودریان به طرح عملیاتی پیش از جنگ و عدم دریافت دستور الزام‌آور دیگری، فن کلوگه همان روز با این حرکت موافقت نمود. تصمیم نهایی فن کلوگه در هماهنگی با اهداف هیتلر، پس از رسیدن هر دو گروه زرهی به مقاصدشان بنا بر طرح اولیه، گسیل کردن گروه زرهی ۳ جهت حرکت به سمت لنینگراد و چرخش گروه زرهی ۲ به سمت جنوب یا جنوب شرقی بود. درحالیکه فن بک و هوت خواهان تمرکز هر دو گروه زرهی بر پل خشکی اسمولنسک به جهت پیشروی به سمت مسکو بودند. در این شرایط، با توسل به عقیده هیتلر و ظاهراً خود هالدر در مورد این که اتمام کار نیروهای دشمن در اطراف اسمولنسک، آلمانی‌ها را به سادگی بر تمامی اراضی تا منطقه ولگای علیا بدون مقاومت جدی مسلط خواهد کرد، هالدر موقتاً سخنان ۸ ژوئیه هیتلر در به‌کارگیری گروه‌های زرهی در جهات دیگر را کنار نهاد تا در نهایت حمله‌ای با استفاده از هر دو گروه زرهی به عنوان سرنیزه به قصد به محاصره درآوردن مقدار زیادی از نیروهای دشمن و شکستن خط مقدم آن با سلطه بر مثلث اسمولنسک–اورشا–ویتبسک طرح‌ریزی شود.
در بخش جنوبی طبق برنامه، روزهای ۱۰ و ۱۱ ژوئیه عبور نیروهای گودریان در گروه زرهی ۲ از رود دنیپر با موفقیت حاصل گشت و موگیلف و اورشا پشت سر نهاده شدند. تا روز ۱۲ ژوئیه تمامی لشکرهای گروه زرهی ۳ نیز از رود دوینا غربی عبور کردند و همه لشکرهای پیاده‌نظام ارتش نهم ورماخت خود را به این رود رساندند. با فشار هیتلر برای سرعت بخشیدن به عملیات در جناحین، ۱۲ ژوئیه هالدر پذیرفت به جای حرکت مستقیم به سمت مسکو، دو گروه زرهی برای به محاصره درآوردن نیروهای بیشتری از دشمن به جناحین منحرف شوند؛ به شرط آن که در ابتدا آزادی حرکت به سمت شرق را به دست آورند. روز ۱۳ ژوئیه، مطابق انتظار، جناح راست گروه زرهی ۲ در جانب شرقی دنیپر به شدت از سمت ناحیه گومل در جنوب شرقی مورد حمله قرار گرفت و با یورش‌هایی در ناحیه موگیلف و اورشا در جناح داخلی همراه شد. ضد حمله شوروی به مواضع نیروهای آلمانی در نزدیکی روگاچف و ژلوبین، موجب عقب رانده شدن موقت آن‌ها به سمت غرب گشت. ضدحملات قدرتمند در جناح راست گروه زرهی ۲ و علیه ارتش دوم که جانب جنوبی را پوشش می‌داد، موجب کاهش قابل توجه سرعت بازوی جنوبی برای محاصره درآوردن نیروهای ارتش سرخ شد. با این حال، گروه زرهی ۳، روز ۱۳ ژوئیه خود را به دمیدوف و ولیژ رساند. سپاه ۵۷ موتوریزه به نفل دست یافت و به حرکت خود را به سمت ولیکیه لوکی ادامه داد. هوت می‌بایست ادامه پیشروی نیروهای خود را که موجب انحراف آن‌ها از هدف اصلی تهاجمی گروه ارتش مرکز می‌شد، متوقف و بر محاصره اسمولنسک مترکز می‌شد. به هر حال این انحراف ورای مقاصد هوت، با نظر هیتلر مبنی بر حمایت از تهاجم به لنینگراد با کاهش فشار بر گروه ارتش شمال که درگیر نبردهای سنگین بود، مطابقت داشت.
با وجود این که برآورد روز ۸ ژوئیه آلمان تمامی نیروهای جبهه غربی شوروی را تنها ۱۱ لشکر می‌دانست، در حقیقت گروه ارتش مرکز با ۶۶ لشکر ارتش سرخ در این بخش از خط مقدم مواجه بود. روز ۱۳ ژوئیه نیروهای آلمانی به اسنادی دست یافتند که "استاوکا" به تیموشنکو فرمان می‌داد خط از پیش رها شده دوینا–دنیپر را حفظ کند و اقدام به ضد حمله نماید. این مسئله خبر خوبی برای هیتلر و هالدر به حساب می‌آمد؛ چرا که نشان‌گر نبود هیچ قصدی در ارتباط با عقب‌نشینی به اراضی داخلی توسط نیروهای شوروی بود.
در نهایت ۱۶ ژوئیه با تصرف یارتسفو در شمال شرقی اسمولنسک توسط گروه زرهی ۳ و خود اسمولنسک توسط گروه زرهی ۲، دومین محاصره عمده عملیات بارباروسا در شرف اتمام بود. اسمولنسک پیش این طبق سیاست زمین سوخته استالین به «شهر ارواح» بدل شده بود. همین روز یاکوف جوگاشویلی، فرزند استالین به عنوان افسر یکی از لشکرهای تانک ارتش سرخ، در نزدیکی ویتبسک به اسارت نیروهای آلمانی درآمد. در این شرایط ۲ سپاه شوروی در حال دفاع از این شهر، از ۱۷ ژوئیه به شکل جداگانه، در منطقه موگیلف به محاصره آلمانی‌ها افتادند. مقاومت این نیروها تا ۲۷ ژوئیه ادامه پیدا کرد. در نهایت مجموعأ بیش از ۳۵ هزار نفر نیروهای ارتش سرخ در این موضع به اسارت آلمانی‌ها درآمدند. در همین حال، در ۲۱ ژوئیه مسکو برای نخستین بار مورد هدف بمب‌افکن‌های آلمانی قرار گرفت.
در این موقعیت گودریان تصمیم گرفت به جای چرخش سپاه ۴۶ موتوریزه به طرف شمال جهت اتصال به نیروهای گروه زرهی ۳ و تکمیل محاصره، به منظور به دست آوردن موضع مناسبی جهت یورش به مسکو، به سمت یلنیا در ۸۰ کیلومتری جنوب شرقی اسمولنسک حرکت کند. یلنیا شب ۱۹ ژوئیه در مقابل مقاومت شدید نیروهای شوروی، به تصرف ورماخت درآمد. این مسئله موجب پدید آمدن منطقه محدب یلنیا در خط مقدم ورماخت گشت. در پی ضد حمله ارتش سرخ در این ناحیه، با وجود تحمل خسارات انسانی و تجهیزاتی سنگین برای حفظ شرقی‌ترین نقطه دست یافته شده در مسیر مسکو، تسلط آلمانی‌ها بر منطقه محدب یلنیا حفظ شد. شدت درگیری‌ها بر سر ناحیه یلنیا به اندازه‌ای شدید بود که برخی از افسران مسن‌تر آن را با تجربیات در وردون در سال ۱۹۱۶ مقایسه کردند. نبردهای اطراف یلنیا خسارت‌بارترین درگیری نیروی زمینی آلمان از سال ۱۹۱۸ تا به این زمان به حساب می‌آمد.
به هر ترتیب، حفره شرق اسمولنسک تا ۲۴ ژوئیه بسته شد تا سه ارتش شانزدهم، نوزدهم و بیستم شوروی به محاصره بیفتند. این بار نیز آلمانی‌ها نتوانستند از خروج و عقب‌نشینی به موقع بخشی از نیروهای دشمن مخصوصاً یگان‌های موتوریزه آن از محاصره جلوگیری کنند. در نهایت با پاکسازی منطقه تحت محاصره اسمولنسک تا روز ۸ اوت، ۳۴۷ هزار نفر از قوای ارتش سرخ به اسارت ورماخت درآمدند و ۳۴۰۰ تانک و بیش از ۳۰۰۰ توپ آن‌ها منهدم شده یا به غنیمت گرفته شد. در همین زمان حمله ناگهانی نیروهای گودریان از روز ۱ اوت به سمت جنوب و شرق علیه مواضع ارتش بیست و هشتم شوروی که به شدت به دنبال شکستن محاصره اسمولنسک بود، در نهایت به تسخیر روسلافل، انهدام تعداد زیادی از نیروهای ارتش سرخ و به اسارت درآمدن بیش از ۳۸ هزار نفر دیگر از آن‌ها انجامید.
اوایل ماه ژوئیه فرماندهی عالی نیروی زمینی آلمان قصد داشت پس از پایان نبرد اسمولنسک، در ادامه عملیات، از آغاز ماه سپتامبر با گروه ارتش مرکز از سه محور تهاجم به سمت مسکو را آغاز کند. با این وجود، ارتش پنجم شوروی تا میانه ماه ژوئیه همچنان مواضع پیشین خود در مرداب‌های پریپیات را حفظ کرده و این مسئله موجب ایجاد یک خط مقدم بیش از ۲۵۰ کیلومتری اضافه در جناحین باز جنوبی و شمالی دو گروه ارتش مرکز و جنوب ورماخت گشته بود. با توجه به این شرایط و در پی مقاومت شدید نیروهای شوروی در اطراف اسمولنسک، فرماندهی عالی نیروی زمینی آلمان از اواسط ماه ژوئیه راهبرد خود برای ادامه عملیات را تغییر داد. فرمان شماره ۳۳ پیشوا روز ۱۹ ژوئیه ضمن انتقاد از عملکرد جناح شمالی گروه ارتش جنوب در مقابله با ارتش پنجم شوروی، نیروهای آلمانی را موظف ساخت «از گریز مقادیر زیادی از قوای دشمن با گذر از رود دنیپر به عمق خاک روسیه جلوگیری کنند و آن‌ها را منهدم نمایند». والتر فن براوخیچ توصیه کرد گروه زرهی ۱ از گروه ارتش جنوب پیش از رسیدن به کیف بلافاصله به سمت جنوب چرخش کند تا ضمن محاصره نیروهای دشمن در منطقه‌ای کوچک، یک دیوار دفاعی در غرب این شهر ایجاد گردد. با این حال هیتلر ترجیح می‌داد ابتدا کیف تصرف شود و سپس به کمک گروه ارتش مرکز تهاجمی برای محاصره دشمن در ناحیه‌ای بزرگ‌تر تا رود دنیپر آغاز گردد. با اشاره به مشکلات تدارکاتی چنین عملیاتی، فن براوخیچ پیشنهاد نمود پس از اجرای موفق محاصره کوچک، در مرحله بعدی اقدام به محاصره بزرگ‌تر گردد.
فرمان شماره ۳۴ پیشوا ۳۰ ژوئیه از گروه ارتش مرکز خواست ضمن اتخاذ حالت تدافعی در بهترین مواضع، در سریع‌ترین زمان ممکن دو گروه زرهی خود را برای بازسازی و تسلیح مجدد به منظور انتقال به جناحین از خط مقدم عقب بکشد. هدف از چنین فرامینی در متوقف ساختن گروه ارتش مرکز، به جهت افزایش مقاومت دشمن در محور مسکو، تمرکز بر لنینگراد در شمال و کیف و اوکراین در جنوب بود. از طرفی نبرد پاکسازی منطقه تحت محاصره اسمولنسک و ضد حملات متعاقب جبهه غربی ارتش سرخ، ذخایر سوخت و مهمات گروه ارتش مرکز را به پایان رسانده بود؛ درحالیکه امکان انتقال تدارکات کفایت‌بخش برای آن وجود نداشت.
با وجود مقاومت سرسختانه نیروهای ارتش سرخ و بارندگی شدید غیرمنتظره، ارتش هفدهم از گروه ارتش جنوب موفق به رخنه در ناحیه وینیتسا در ۲۰۰ کیلومتری جنوب غربی کیف گشت و ارتش یازدهم آن تا رود دنیستر پیش رفت. نیروهای شوروی ضمن اجرای اقدامات تأخیرآفرین، سعی در اجتناب از گرفتاری در محاصره مهاجمان داشتند. به هر صورت، با چرخش گروه زرهی ۱ به سمت جنوب و تکمیل محاصره ناحیه اومان در ۱۹۰ کیلومتری جنوب کیف، در ۴ اوت و گرفتار شدن ارتش‌های ششم و دوازدهم شوروی در آن، ارتش پنجم جبهه جنوب غربی شوروی از همان روز به تنهایی دست به ضد حمله زد اما با دست‌آوردهای ناچیز و تحمل تلفات سنگین روز ۸ اوت متوقف شد و به سمت کیف عقب نشست. با وجود انهدام دو ارتش در ناحیه اومان، شوروی موفق شد فعلاً از انهدام کامل جبهه جنوب غربی خود جلوگیری کند و گروه ارتش جنوب ورماخت را از برنامه زمانی خود عقب بیندازد. در همین شرایط نیروهای جلودار ارتش ششم ورماخت ۶ اوت خود را به حومه کیف رساندند اما توسط ارتش سرخ متوقف گشتند. دو روز بعد، ارتش ششم ورماخت وادار به گرفتن حالت تدافعی و با ضد حمله دشمن از روز ۱۲ اوت از برخی مواضع پیشین عقب رانده شد. همان روز هیتلر به گرت فن روندشتت فرمان داد تهاجم به کیف را متوقف کند.
با آغاز اجرای فرمان ۳۴ پیشوا از روز ۶ اوت توسط گروه ارتش مرکز، نیروهای ارتش دوم و سپاه ۲۴ موتوریزه گروه زرهی ۲ با چرخش ۹۰ درجه‌ای به سمت جنوب به سمت گومل یورش بردند. نیروهای گودریان با پس زدن قوای ارتش سرخ، نیروهای دشمن را در معرض ایجاد یک شکاف بین قوای جهبه جنوب غربی در حوالی کیف و یگان‌های جبهه غربی و جبهه ذخیره در شرق اسمولنسک قرار دادند. "استاوکا" کوشید ۱۴ اوت با تشکیل جبهه بریانسک به منظور پر کردن این شکاف، جلوی آلمانی‌ها را بگیرد. به هر صورت تا ۱۸ اوت نیروهای زرهی گودریان و پیاده‌نظام نظام ارتش دوم ورماخت خود را به حومه گومل رساندند. روز ۲۱ اوت فرمان به چرخش تمامی یگان‌های گروه زرهی ۲ به سمت جنوب در عمق اوکراین داده شد. گروه زرهی ۲ حرکت خود را از ۲۵ اوت آغاز کرد و با تهاجم از طریق گومل به جبهه مرکزی شوروی، آن را با آشفتگی به سمت رود دسنا عقب راند.
تا این زمان رهبران شوروی تصور می‌کردند حرکت گودریان به سمت جنوب با هدف اصلی تهاجم به جانب بریانسک و سپس مسکو است. از همین رو جبهه بریانسک عموماً موظف به دفاع از محور مسکو از جانب جنوب غربی شده بود و مسئولیتی در قبال جلوگیری از رخنه ورماخت در جناح شمالی جبهه جنوب غربی نداشت. با این وجود، بر خلاف انتظار ارتش سرخ، گودریان با غافلگیر کردن دشمن تقریباً بدون هیچ مزاحمتی به یورش به سمت جنوب ادامه داد. همان روز "استاوکا" به جبهه بریانسک فرمان به اجرای ضد حملات متمرکز جهت دفع تهاجم گودریان داد. روز ۲۶ اوت "استاوکا" از این جبهه خواست نیروهای گودریان را به محاصره درآورده و منهدم کند. چنین دستوری در حالی صادر می‌شد که تشکیل جبهه بریانسک هنوز تکمیل نشده بود و اجرای آن سبب کاربرد تکه‌تکه قوای ارتش سرخ می‌گردید. به هر صورت "استاوکا" بر ادامه این ضد حملات بی‌ثمر اصرار داشت.
در این شرایط گروه ارتش جنوب ورماخت با نگرانی از گریز نیروهای شوروی در اطراف کیف به جانب شرق، ۳۱ اوت با پیاده‌نظام خود گذرگاهی بر دنیپر در ۲۳۰ کیلومتری جنوب شرقی کیف تصاحب و تا روز ۱۰ سپتامبر از آن عبور نمود. نیروهای زرهی این گروه ارتش نیز ضمن گسترش گذرگاه، از روز ۱۱ سپتامبر شروع به گذر از دنیپر نمودند.
پس از ایجاد یک شکاف بزرگ بین جبهه بریانسک و جبهه جنوب غربی شوروی در ۶ سپتامبر و عدم حصول موفقیت در اجرای ضد حمله جبهه جنوب غربی در هماهنگی با جبهه بریانسک شوروی، تانک‌های گودریان ۱۰ سپتامبر از روز دسنا عبور کردند و به پیشروی در عمق اراضی پشت خط مقدم جبهه جنوب غربی شوروی به سمت جنوب ادامه دادند. در حالیکه آلمانی‌ها به وضوح قصدی جهت تهاجم به کیف از غرب نداشتند، فرماندهی عالی شوروی ضمن منع انتقال قدرتمندترین نیروها از کیف، اعلام کرد جبهه جنوب غربی خواهد توانست با یگان‌هایی از خط رود دنیپر جلوی گودریان را بگیرد. در این شرایط "استاوکا" ۱۲ سپتامبر در فرمانی خوش‌باورانه، جبهه بریانسک را موظف ساخت با سازمان مجدد نیروها، جناح چپ گودریان را یک بار دیگر هدف بگیرد تا شکاف ایجاد شده را پوشش داده و به یگان‌های جبهه جنوب غربی متصل گردد. این تمهیدات بسیار دیر صورت گرفت. همان روز نیروهای زرهی گروه ارتش جنوب ورماخت با درهم کوبیدن دفاع شوروی، با حرکت ۵۰ کیلومتری از گذرگاه رود دنیپر به جانب شمال به لوبنی رسیدند. در نهایت روز ۱۵ سپتامبر با اتصال سرنیزه‌های زرهی دو گروه زرهی ۱ و ۲، حلقه محاصره در ۱۲۰ کیلومتری جنوب شرقی کیف تکمیل شد و ارتش بیست و یکم و تمامی نیروهای جبهه جنوب غربی شوروی شامل سه ارتش پنجم، بیست و ششم و سی و هفتم داخل آن گرفتار گردیدند.
استالین که در ابتدا با رها کردن کیف مخالفت کرده بود، ۱۷ سپتامبر دستور به تخلیه جبهه جنوب غربی از منطقه داد. این فرمان بسیار دیر صادر شد و در اثر قطع شدن ارتباطات هیچگاه به اطلاع مدافعان کیف نرسید. ارتشبد کیرپونوس، فرمانده این جبهه که هنگام تلاش برای گریختن از محاصره به کمین نیروهای آلمانی افتاد، زخمی و در اثر انفجار مین کشته شد. با پاکسازی این منطقه تا پایان ماه سپتامبر چهار ارتش شوروی منهدم شدند و حدود ۶۶۵ هزار نفر از نیروهای ارتش سرخ به اسارت گرفته شده و ۸۲۴ تانک، ۴۱۸ توپ ضد تانک و ۳ هزار قطعه توپخانه منهدم گشتند. پیروزی در کیف یکی از پیش‌شرط‌های پیشروی گروه ارتش مرکز به سمت مسکو به حساب می‌آمد تا فرماندهی عالی نیروی زمینی و فرماندهی عالی ورماخت با بازگرداندن تمرکز خود به بخش مرکزی جبهه، تهاجم در آن را از سربگیرند.
به هر صورت، عده‌ای از تاریخ‌نگاران با استدلال این که نبرد کیف پیشروی آلمانی‌ها به سمت مسکو را برای یک ماه به تأخیر انداخت معتقدند این نبرد نتایج مثبتی نیز برای شوروی به همراه داشت و در نهایت برای ورماخت بسیار گران تمام شد. با این حال در طرف مقابل، می‌توان اذعان داشت آلمان با انهدام نیروهای زیادی از شوروی در اوکراین که ارتش سرخ می‌توانست بعداً از آن‌ها در دفاع از مسکو بهره ببرد، با تأمین جناح جنوبی گروه ارتش مرکز، مسیر خود را به سمت مسکو هموارتر ساخت. از طرفی انهدام جبهه جنوب غربی شوروی راه پیشروی گروه ارتش جنوب به سمت شرق اوکراین را نیز کاملاً باز کرد. ورای مسائل عملیاتی، در بعد راهبردی نیز تصور می‌شد آلمان با موفقیت در جناحین ممکن است بتواند پای ترکیه را به نفع خود به جنگ باز کند و فنلاند را متقاعد به مشارکت بیشتر نماید.
پس از اتمام کار در ناحیه اومان، گروه ارتش جنوب همچنان نتوانسته بود نیروهای شوروی را در غرب رود دنیپر کاملاً پاکسازی کند و جبهه جنوبی شوروی هنوز در ساحل شمالی دریای سیاه در مقابل ارتش یازدهم آلمان و نیروهای رومانیایی قرار داشت. در این شرایط درگیری‌های گذشته، راه‌های بد و فواصل طولانی فرسایش زیادی متحمل نیروهای ورماخت ساخته و توان گروه زرهی ۱ را تنها به نیمی از مقدار اولیه آن کاهش داده بود. با این حال اتمام نبرد محاصره‌ای اومان گروه زرهی ۱ و ارتش هفدهم ورماخت را جهت پیشروی آزاد ساخت. تهاجم به طرف جنوب شرقی در محل پیچش رود دنیپر علیه جناح باز شمالی جبهه جنوبی ارتش سرخ می‌توانست ارتش‌های نهم و هجدهم شوروی را نیز در حصر آلمانی‌ها بیندازد. از این رو، روز ۱۲ اوت فرماندهی عالی نیروی زمینی آلمان به فن روندشتت دستور داد نیروهای دشمن بین زاپوروژه و دهانه رود دنیپر را منهدم کند تا ارتش‌های نهم و هجدهم شوروی را بین خود و دریای سیاه به محاصره درآورد. با آگاهی از این تهدید، "استاوکا" مجوز عقب‌نشینی بلند تیولنف به سمت جنوب رود دنیپر را صادر نمود که با موفقیت اجرا شد و با نجات دادن ارتش‌های جبهه جنوبی، موجب قرار گرفتن آن در مواضع دفاعی بسیار قدرتمندتری گشت. تنها ارتش ساحلی شوروی به فرماندهی ژنرال سوفرونوف پشت سر باقی گذاشته شد تا از اودسا دفاع کند.
ارتش چهارم رومانی با داشتن برتری عددی، از روز ۱۰ اوت اقدام به تهاجم به اودسا نمود اما در مقابل مقاومت شدید دفاع آماده ارتش سرخ دستاورد اندکی حاصل کرد تا این تلاش پس از ۵ روز متوقف گردد. با از سرگیری تهاجم از روز ۲۰ اوت، رومانیایی‌ها پس از یک ماه نبرد همچنان ۱۵ کیلومتر با این شهر فاصله داشتند. نیروهای ارتش چهارم رومانی که از ادوات و آموزش کافی جهت به انجام رساندن مأموریت سلطه بر اودسا برخوردار نبودند، در طول ماه اوت متحمل ۲۷۳۰۰ نفر تلفات شدند که بیش از مجموع تلفات این ارتش و ارتش سوم رومانی در جریان آزادسازی اراضی پیشین خود (بیسارابیا و بوکوفینای شمالی) بود.
روز ۱۲ اوت هیتلر با صدور تکمله‌ای بر فرمان شماره ۳۴ پیشوا، گروه ارتش جنوب را مأمور به تصرف شبه‌جزیره کریمه و سلطه بر منطقه دونتس و ناحیه صنعتی اطراف خارکوف کرد. بر این مبنا، در روزهای پایانی اتمام کار در کیف، گروه ارتش جنوب پیشروی به سمت شرق را ادامه داد. در جناح جنوبی، نیروهای ارتش یازدهم ورماخت تحت امر سپهبد فن مانشتاین با پیشروی آهسته اولیه، روز ۱۷ سپتامبر با رسیدن به دریای آزوف مسیر زمینی شبه‌جزیره کریمه را قطع و با تصرف پرکوپ، روز ۲۶ سپتامبر تلاش برای ورود به آن را آغاز کردند. "استاوکا" اواخر ماه سپتامبر جهت تقویت دفاع از کریمه فرمان به تخلیه نیروهای حاضر در اودسا و انتقال آن‌ها به سواستوپل داد. این تخلیه در حالی اتفاق می‌افتاد که ارتش چهارم رومانی در حال آماده‌سازی جهت تهاجم نهایی به اودسا بود. رومانیایی‌ها از ۲ اکتبر دست به تلاش مجدد دیگری برای ورود به اودسا زدند. یگان‌های رومانیایی تا روز ۸ اکتبر خط دفاعی اصلی شهر را شکستند. ارتش سرخ، پس تحمل ۱۰۲ هزار نفر تلفات در اودسا، با آغاز تخلیه دریایی از شب ۱۵ اکتبر، ۱۲۱ هزار نفر از نیروهای خود را، با احتیاط بیشتری جهت جلوگیری از تکرار فاجعه تخلیه تالین، از اودسا خارج کرد. ارتش چهارم رومانی در جریان نبرد دوماهه بر سر اودسا متحمل ۹۸ هزار نفر تلفات شد که معادل حدود ۳۰ درصد از توان اولیه آن بود.
در این حال ارتش سوم رومانی جناح طولانی چپ ارتش یازدهم ورماخت را پوشش می‌داد. حمله ۱۰ تا ۱۳ لشکر تفنگ‌دار جبهه جنوبی شوروی در روزهای پایانی ماه سپتامبر به این جناح، یک شکاف ۱۵ کیلومتری بین مواضع ارتش سوم رومانی باز کرد. به دستور فن مانشتاین سپاه ۴۹ کوهستان با چرخش ۱۸۰ درجه‌ای رو به شمال شرقی آورد تا اوضاع را به‌سامان کند. با وجود گل‌آلود بودن راه‌ها و کندی حرکت نیروهای فن مانشتاین، مقاومت آلمانی‌ها و ناهماهنگی در نهایت پیشروی نیروهای شوروی را متوقف کرد. فن روندشتت روز ۲۵ سپتامبر به سپاه‌های ۳ و ۱۴ موتوریزه گروه زرهی ۱ فرمان به یورش از گذرگاه رود دنیپر در دنیپروپتروفسک به جنوب به سمت دریای آزوف داد. این دو سپاه با حرکت از روز ۱ اکتبر، خطوط ارتباطی جبهه جنوبی شوروی را قطع و پس از تصرف ملیتوپول در ۳ اکتبر، با وجود اقدام به عقب‌نشینی قوای ارتش سرخ، در نهایت روز ۷ اکتبر در بردیانسک در ساحل شمالی دریای آزوف به نیروهای فن مانشتاین متصل شدند تا ارتش‌های نهم و هجدهم شوروی را به محاصره بیندازند. با انهدام منطقه تحت محاصره، ۱۰۶ هزار نفر از نیروهای شوروی به اسارت درآمدند.
کار گذر ارتش یازدهم ورماخت از باریکه پرکوپ روز ۱۸ اکتبر به پایان رسید تا نیروهای فن مانشتاین با ورود به کریمه حملات خود را در جهت سواستوپل متمرکز نمایند. قسمی از نیروهای ارتش یازدهم ورماخت یگان‌های در حال عقب‌نشینی شوروی را به سمت شبه‌جزیره کرچ در شرق کریمه تعقیب کردند. تا روز ۱۶ نوامبر با تخلیه نیروهای شوروی به سمت کوبان در شمال قفقاز، شبه‌جزیره کرچ توسط سپاه ۴۲ ورماخت از عناصر ارتش سرخ پاکسازی گشت. با تصرف بندر فئودوسیا در توسط سپاه ۴۲ ورماخت، بخشی از نیروهای ارتش سرخ در جنوب شبه‌جزیره قادر به عقب‌نشینی نشدند تا حدود ۱۰۰ هزار نفر از آن‌ها به اسارت درآیند. در همین زمان مابقی نیروهای ارتش یازدهم ورماخت با توانی نیم طرف مقابل، ارتش پنجاه و یکم شوروی را به درون سواستوپل در جنوب غربی شبه‌جزیره عقب رانده و با قطع ارتباط آن با شرق شبه‌جزیره، از اواسط ماه نوامبر شهر را به محاصره درآوردند. مقاومت مدافعان در استحکامات دفاعی چند لایه و گسترده با بهره‌مندی از تدارکات رسانی دریایی، به فن مانشتاین که نیروی زرهی و موتوریزه در اختیار نداشت و پشتیبانی هوایی آن راهی ناحیه مسکو شده بود، اجازه سلطه بر شهر را نداد. بدین ترتیب با درگیر بودن در سواستوپل، امکان گذر نیروهای ورماخت از شبه‌جزیره تامان به قفقاز پدید نیامد.
در جناح شمالی گروه ارتش جنوب، ارتش ششم ورماخت با وارد آوردن تلفات سنگین به جبهه جنوب غربی شوروی، "استاوکا" را وادار به صدور مجوز عقب‌نشینی و رها کردن ناحیه دونتس نمود. گروه زرهی ۱ روز ۱۱ اکتبر خود را به رود میوس رساند اما بارندگی و مقاومت در حال تشدید دشمن موجب توقف آن گشت. ارتش ششم ورماخت پس از ۵ روز مبارزه سنگین با عقب راندن ارتش سی و هشتم شوروی، خارکوف را ۲۵ اکتبر به تصرف درآورد. پس از یک توقف کوتاه جهت بازیابی، با ادامه تهاجم نیروهای فن کلایست در گروه زرهی ۱ از روز ۵ نوامبر، روستوف-نا-دونو پس از ۴ روز مبارزه، ۲۰ نوامبر به تصرف آلمانی‌ها درآمد. روز بعد در فرمانی بلندپروازانه از طرف فرماندهی گروه ارتش جنوب، فن کلایست موظف شد به سمت رود ولگا پیشروی و مایکوپ، نزدیک‌ترین میدان نفتی شوروی در شمال قفقاز را به سلطه خود درآورد. ارتش‌های ششم و هفدهم ورماخت نیز به ترتیب مأمور به سلطه بر ووراشیلوفگراد و استالینگراد شدند. با این حال با اجرای ضد حملات ارتش سرخ از دو جهت و پدیداری خطر گرفتاری در محاصره، ۲۸ نوامبر فن روندشتت دستور به بازگشت ۸۰ کیلومتری نیروها به رود میوس داد. هیتلر این فرمان را لغو کرد تا فن روندشتت در اعتراض استعفا دهد. فیلدمارشال والتر فن رایشناو جانشین او در مقام فرماندهی گروه ارتش جنوب گردید. برای فن رایشناو نیز روشن بود که حفظ روستوف-نا-دونو امکان‌پذیر نیست. با اجرای ضد حمله دیگری توسط ارتش سرخ، هیتلر به‌ناچار در نهایت به نیروهای آلمانی اجازه عقب نشستن به رود میوس را داد.
پس از مدتی توقف جهت سازمان‌دهی مجدد نیروها، ارتش هجدهم ورماخت ورود به استونی را از روز ۲۲ ژوئیه آغاز کرد. با رسیدن نیروهای ورماخت به دریاچه پیپوس، سه لشکر ارتش سرخ به محاصره افتادند. اقدام مکرر نیروهای شوروی برای خروج از محاصره به جایی نرسید تا در نهایت ۲۷ ژوئیه ۸۸۰۰ نفر از عناصر باقیمانده آن وادار به تسلیم گشتند. پیشروی قوای ورماخت به سمت شمال استونی از روز ۲۹ ژوئیه ادامه پیدا کرد. نیروهای آلمانی روز ۷ اوت خود را به ساحل خلیج فنلاند رساند و سپس به سمت ناروا پیش رفتند. سه لشکر ورماخت به آهستگی به ناروا نزدیک و در ۱۶ اوت بر آن مسلط گشتند. در جانب غرب سه لشکر دیگر ورماخت حوالی تالین مستقر شدند. مدافعان شهر شامل سپاه ۱۰ تفنگ‌دار شوروی متشکل از بقایای سه لشکر تفنگ‌دار و چندین گردان از تفنگ‌داران دریایی بودند. نبرد تالین روز ۱۹ اوت آغاز شد. کشتی‌های جنگی شوروی در سواحل دریای بالتیک با توپ‌های خود در امر دفاع مشارکت داشتند. مهاجمان روز پنجم نبرد خود را به ۱۰ کیلومتری مرکز تالین رساندند و روز بعد درگیری به داخل شهر کشیده شد. بدون امیدی برای خروج از محاصره به جانب شرق، مدافعان شروع به آماده‌سازی جهت تخلیه از طریق دریا کردند. آلمانی‌ها که از این مسئله آگاه شده بودند، به کمک فنلاندی‌ها سواحل تالین را به شدت مین‌ریزی نمودند. روز ۲۸ اوت تخلیه دریایی نیروهای شوروی از تالین آغاز شد. مین‌های دریایی و حملات "لوفت‌وافه" تلفات سنگینی به کاروان‌های دریایی شوروی وارد آورد. شش ناوشکن، دو زیردریایی، چهار مین‌ریز و چندین کشتی ترابری شوروی غرق شدند که در اثر آن ۱۲ هزار نفر جان باختند. حدود ۱۲ هزار نفر از نیروهای شوروی که در تالین باقی‌مانده بودند، وادار به تسلیم گشتند. جهت تکمیل سلطه آلمان بر دریای بالتیک، ورماخت از ۸ سپتامبر در عملیات "بئوولف" شروع به تسخیر جزایر سواحل استونی کرد. با حضور نیروهای قابل ملاحظه‌ای از شوروی در این جزایر، درگیری‌ها تا ۵ اکتبر ادامه پیدا نمود. روز ۱۲ اکتبر نیروهای آلمانی وارد آخرین جزیره منطقه شدند و تا ۲۱ اکتبر آن را پاکسازی کردند. از مجموع ۲۳ هزار نیروی شوروی در این جزایر نزدیک ۵ هزار تن کشته شدند و مابقی به اسارت درآمدند.
سپاه ۵۶ موتوریزه گروه زرهی ۴ از گروه ارتش شمال، با شش روز توقف در دونابورگ و در هم شکستن ضد حملات دشمن، ۲ ژوئیه مجوز پیشروی مجدد را دریافت نمود. این توقف سپاه ۵۶ موتوریزه فرصت عقب‌نشستن نیروهای ارتش سرخ به آن سوی رود دوینا را فراهم آورد.
در این شرایط با مشاهده پیش‌روی سریع قوای گروه ارتش شمال ورماخت در منطقه بالتیک، شورای نظامی لنینگراد شروع به ایجاد استحکامات دفاعی جدیدی حول شهر کرد. بدین منظور رود لوگا به عنوان بهترین محل جهت متوقف ساختن یورش آلمانی‌ها شناسایی گردید. با توجه به تعداد اندک و تأخیر نیروهای اعزامی "استاوکا"، بسیج نیروهای غیرنظامی نقشی کلیدی در آماده‌سازی‌های دفاعی لنینگراد بازی کرد.
گروه زرهی ۴ پس از ورود به خاک روسیه، روز چهارم ماه ژوئیه اوستروف و روز بعد آن پسکوف را تصرف و تا ۱۴ ژوئیه به گذرگاهی بر روی رود لوگا دست پیدا کرد. بدین ترتیب نیروهای جلودار گروه ارتش شمال پس از طی ۷۵۰ کیلومتر در عرض سه هفته، تا لنینگراد تنها صد کیلومتر فاصله داشتند. این نیروها در این موضع مجبور به توقف سه و نیم هفته‌ای شدند تا پیاده‌نظام به نیروهای جلودار برسد. پیشوا ۲۳ ژوئیه با صدور فرمانی گروه زرهی ۳ از گروه ارتش مرکز را جهت مشارکت در امر سلطه بر لنینگراد به گروه ارتش شمال انتقال داد. پیشروی نیروهای ورماخت به سمت لنینگراد از روز ۸ اوت از سر گرفته شد. "استاوکا" در مواجه با از سرگیری تهاجم آلمانی‌ها، فرمان به اجرای تعدادی ضد حمله داد تا با انهدام نیروهای دشمن در نواحی سولتسی، استارایا روسا و دنو، اقدام ورماخت در پیشروی به سمت لنینگراد با اختلال مواجه شود. به هر حال پیش‌دستی آلمانی‌ها در تهاجم به سمت نووگورود و شرق سولتسی از ۱۰ اوت و ضعف فرماندهی در بین نیروهای شوروی موجب شد ضد حمله ارتش سرخ از ۱۲ اوت موفقیت ارضی چندانی حاصل نکند. به هر صورت با وجود این که ارتش سرخ در این ضد حملات متحمل تلفات سنگین شد، پیشروی آلمانی‌ها به سمت لنینگراد را برای ۱۰ روز به تأخیر انداخت.
نیروهای گروه ارتش شمال روز ۱۱ اوت خط آهن کینگیسپ–لنینگراد را قطع کردند. تصرف خود کینگیسپ موجب عقب‌نشینی نیروهای ارتش هشتم شوروی از ناروا به سمت رود لوگا شد تا نیروهای فن لیب موفق به انهدام آن‌ها نشوند. در جناح راست با سلطه آلمانی‌ها بر نووگورود و رسیدن آن‌ها به وولخوف، خط آهن مسکو–لنینگراد نیز سد شد.
هیلتر تحت تأثیر آرای هالدر مبنی بر اهمیت مسکو، روز ۱۲ اوت در تکمله فرمان شماره ۳۴ پیشوا، لزوم قرار گرفتن گروه زرهی ۳ تحت کنترل گروه ارتش شمال را کنار نهاد و صرفاً از گروه ارتش مرکز خواست جناح چپ خود را به سمت شمال حرکت دهد تا این امکان برای گروه ارتش شمال فراهم آید که پیاده‌نظام بیشتری به جانب لنینگراد گسیل دارد. با این حال همچنان تلاش‌هایی جهت انتقال چند لشکر به گروه ارتش شمال صورت گرفت. بدین ترتیب سپاه ۳۹ موتوریزه ۱۵ اوت جهت پیوستن به گروه ارتش شمال از گروه زرهی ۳ جدا شد. سپاه ۵۷ موتوریزه نیز از ۲۳ اوت جهت ایجاد اتصال با گروه ارتش شمال، یورش خود به سمت ولیکیه لوکی در جانب شمال را آغاز کرد. نبرد بر سر ولیکیه لوکی تا ۲۶ اوت به طول انجامید و به محاصره‌ای دیگر با انهدام هفت لشکر ارتش سرخ و اسارت ۳۰ هزار نفر بدل گشت. سپاه ۵۷ موتوریزه تا روز ۹ سپتامبر به گروه ارتش شمال متصل شد.
در همین حین، پس از انتقال شبانه ۲۵۰ کیلومتری سپاه ۵۶ موتوریزه به جناح شرقی گروه ارتش شمال، ضد حمله غافلگیر کننده این سپاه از روز ۱۹ اوت به سمت استارایا روسا، در همراهی با چند لشکر پیاده‌نظام دیگر، تا روز ۲۳ اوت به محاصره و انهدام پنج لشکر ارتش سرخ انجامید. در این موقعیت ۱۸ هزار نفر از قوای شوروی به اسارت و ۳۰۰ توپ و ۲۰۰ تانک آن‌ها به غنیمت آلمانی‌ها درآمدند.
گروه ارتش شمال اواخر ماه اوت با تمرکز نیروها تهاجم نهایی به سمت لنینگراد را آغاز کرد. گروه زرهی ۴ روز ۲۹ اوت لیوبان را به سلطه خود درآورد و اوایل ماه سپتامبر به پیشروی به سمت شمال شرقی و شمال غربی جهت به محاصره درآوردن لنینگراد ادامه داد. سقوط مگا آخرین اتصال ریلی لنینگراد با دنیای خارج را نیز قطع نمود. فرمان شماره ۳۵ پیشوا در ۶ سپتامبر، از گروه ارتش شمال خواست از تهاجم خسارت‌بار مستقیم به شهر اجتناب نماید اما در عین حال خواهان تصرف سریع آن پس از تکمیل محاصره شد. همین هنگام فرماندهی عالی نیروی زمینی آلمان به فیلدمارشال فن لیب اطلاع داد که ملزم است گروه زرهی ۴ و سپاه ۸ هوایی را جهت مشارکت در تهاجم به مسکو، به گروه ارتش مرکز بسپارد. این امر موجب تأخیر در ادامه برنامه یورش آلمانی‌ها به لنینگراد شد. بدون این یگان‌ها، فن لیب احساس کرد نیروهای تحت امرش قادر به ادامه تهاجم نیستند و به محاصره بسنده نمود. سرانجام با یورش نهایی سپاه ۳۹ موتوریزه ارتفاعات سینیاوینو روز ۷ سپتامبر و شلیسلبورگ رو بعد از آن به تصرف آلمانی‌ها درآمد تا آخرین اتصال زمینی لنینگراد با سایر نواحی نیز به‌طور کامل سد گردد.
فن لیب تصمیم گرفت به امید شکستن مقاومت مدافعان، آخرین یورش به سمت لنینگراد را نیز صورت دهد. به هر حال تنها سپاه ۴۱ موتوریزه و سپاه‌های ۲۸ و ۵۰ پیاده‌نظام به منظور تهاجم نهایی به لنینگراد در اختیار او بودند. تهاجم نیروهای گروه زرهی ۴ از صبح روز ۹ سپتامبر آغاز شد. کراسنویه سلو روز ۱۲ سپتامبر به سلطه ورماخت درآمد و سرنیزه موتوریزه آن تا شامگاه همان روز تا ارتفاعات پولکووو پیش رفت. از این موقعیت، در فاصله ۱۲ کیلومتری از لنینگراد، نیروهای آلمانی برای نخستین بار قادر به مشاهده این شهر بودند. یگان‌های پیاده‌نظام ورماخت در جناحین نیروهای گروه زرهی ۴، با برخورد به حضور متراکم مدافعان، پیشروی بسیار آهسته‌تری انجام دادند و به تدریج متوقف گشتند. هر اندازه نیروهای آلمانی به لنینگراد نزدیک‌تر می‌شدند مقاومت طرف مقابل نیز شدت بیشتری می‌گرفت.
استالین ژنرال ژوکوف را جهت تقویت امور دفاعی به لنینگراد اعزام نمود. ژوکوف روز ۱۳ سپتامبر با هواپیما وارد لنینگراد شد و روز ۱۷ سپتامبر به تمامی فرماندهان محلی اعلام کرد هر کس اقدام به عقب‌نشینی از موضع خود بکند به همراه خانواده‌اش اعدام خواهد شد. نیروهای آلمانی با شکستن خط دفاعی ارتش چهل و دوم شوروی، روز ۱۶ سپتامبر خود را در نزدیکی پترهوف به خلیج فنلاند رساندند و ارتش هشتم شوروی که قادر به ضد حمله نبود، را نیز در ناحیه اورانینباوم در غرب لنینگراد بین خود و دریا به محاصره انداختند. ژوکوف به ارتش پنجاه و چهارم فرمان داد با یورش به مواضع سپاه ۳۹ موتوریزه آلمان و تصرف مجدد سینیانووا، حصر لنینگراد را بشکند. به هر حال این قدام برای این ارتش که بهترین لشکر آن تنها ۲ هزار نفر در اختیار داشت، غیرممکن بود و تهاجم آن به راحتی توسط آلمانی‌ها دفع شد. گروه زرهی ۴ بین روزهای ۹ تا ۱۶ سپتامبر خود را به ۶ تا ۱۰ کیلومتری محدوده جنوبی لنینگراد رسانده و ۲۵ هزار نفر از نیروهای دشمن را به اسارت گرفته بود.
پس از یک تأخیر کوتاه، گروه زرهی ۴ از ۱۸ سپتامبر شروع به ترک گروه ارتش شمال کرد تا فیلدمارشال فن لیب به مابقی نیروهای خود دستور به برقراری خطوط محاصره حول لنینگراد بدهد. در این شرایط ارتش هجدهم آلمان با سه لشکر حصر ناحیه اورانینباوم و با چهار لشکر خط مقدم از اوریتسک تا شلیسلبورگ در جنوب لنینگراد را حفظ کرده بود و ارتش شانزدهم در جبهه وولخوف استقرار داشت. چهار ارتش هشتم، بیست و سوم، چهل و دوم و پنجاه و پنجم شوروی شامل بیست لشکر مجموعاً با ۳۰۰ هزار نفر نیرو به همراه قریب به ۳ میلیون غیرنظامی درون حلقه محاصره در لنینگراد و ناحیه اورانینباوم قرار گرفته بودند.
در قسمت جنوبی با آغاز حمله مانرهیم از ۱۰ ژوئیه، فنلاندی‌ها در عرض ۶ روز تا شمال دریاچه لادوگا پیش رفتند و شروع به حرکت به سمت جنوب شرقی کردند. با مقاومت نیروهای ارتش سرخ، تهاجم مانرهیم تا پایان ماه در نیمه راه رسیدن به مرز سال ۱۹۳۹ متوقف شد. مرحله دوم عملیات نیروهای فنلاندی متوجه ویپوری گردید. حمله مانرهیم از ۳۱ ژوئیه دو لشکر شوروی را غرب دریاچه لادوگا به محاصره انداخت. به هر صورت بیشتر این نیروهای شوروی که جزو ارتش هفتم آن بودند و تمایلی به تسلیم شدن نداشتند، تا اواخر ماه اوت به کمک ناوگان دریاچه لادوگا شوروی تخلیه شدند. از روز ۲۳ اوت حرکت فنلاندی‌ها به سمت ویپوری آغاز شد. چهار روز بعد نیروهای مانرهیم جاده اصلی و خط آهن این شهر به لنینگراد را قطع کردند. با سپرده شدن تهاجم به ویپوری به آلمانی‌ها، سه لشکر فنلاندی راهی مرز سال ۱۹۳۹ گشتند. با گریز سه لشکر ارتش سرخ از محاصره به سمت جنوب، ویپوری روز ۲۹ اوت به تصرف نیروهای سپاه ۴ فنلاند درآمد. با عقب‌نشینی ارتش بیست و سوم شوروی به سمت لنینگراد و رسیدن نیروهای فنلاندی به ۸ کیلومتر فراتر از مرز سال ۱۹۳۹، خط مقدم برای سه سال آینده در همین موضع تثبیت شد. حضور نیروهای فنلاندی در شمال لنینگراد مکمل محاصره این شهر از جانب جنوبی توسط آلمانی‌ها بود؛ با این حال باقی ماندن ناحیه‌ای نسبتاً بزرگ در شمال لنینگراد، موجب فراهم آمدن فضای تنفس برای مدافعان آن گشت. در این نقطه، با رد درخواست آلمانی‌ها، مانرهیم اعلام کرد فنلاند به هیچ وجه قصدی جهت مشارکت در تهاجم به لنینگراد ندارد؛ با این حال پذیرفت به پیشروی در کارلیا تا رود سویر ادامه دهد. با آغاز تهاجم از روز ۴ سپتامبر فنلاندی‌ها در عرض ۳ روز خود را به رود سویر رساندند و خط آهن مورمانسک در آن قسمت را قطع کردند. تا روز ۹ سپتامبر تمامی اهداف فنلاند در جنگ محقق گردید. در جریان این عملیات‌ها تا پایان سال ۲۵ هزار نفر نیروهای فنلاندی کشته و بیش از ۵۰ هزار نفر دیگر از آن زخمی شدند. فنلاند همچنین ۴۷ هزار نفر از قوای شوروی را به اسارت گرفت. شوروی تقریباً بدون هیچ فشاری از سمت فنلاند، هانکو را روز ۳ دسامبر تخلیه نمود.
تا پایان مرحله دوم ورماخت به شکل غیرقابل انکاری پیروزی‌های خیره‌کننده‌ای حاصل کرده و تا ۳۰ سپتامبر ۸۰۰ کیلومتر در خط مقدمی به طول ۱۶۵۰ کیلومتر، در عمق اراضی شوروی پیش رفته بود. در فرایند این پیشروی، دو جبهه غربی و جنوب غربی شوروی کاملاً منهدم و ضربه سختی به سه جبهه شمال غربی، جنوبی و بریانسک آن وارد شد. در این مدت آلمانی بر شهرهای کلیدی اسمولنسک و کیف سلطه یافتند و لنینگراد را به محاصره درآوردند و آماده تهاجم به سمت مسکو بودند. با همه این‌ها جدول زمانی شش تا هشت هفته‌ای مطرح شده برای اتمام کار شوروی به پایان رسیده و هیچ نشانه‌ای از خاتمه جنگ وجود نداشت. سه ماه از آغاز عملیات بارباروسا گذشته بود اما هیچ‌یک از اهداف مهم آن محقق نشده بود. اوایل ماه اکتبر برخلاف انتظار پیشین آلمانی‌ها، ارتش سرخ شوروی همچنان در حال مبارزه بود، یک خط مقدم یکپارچه را حفظ کرده، ارتش‌های بیشتری می‌ساخت و از اوایل ماه اوت تا میانه ماه سپتامبر ابتکار عمل تهاجمی را از گروه ارتش مرکز گرفته بود. در این زمان آنچه عیان بود افزایش شدت مقاومت نیروهای ارتش سرخ و عدم وجود هیچ نشانه‌ای از فرسودگی در توان رزمی آن بود. در این شرایط جناحین طولانی نیروهای آلمانی هدف ضد حملات شدید ارتش سرخ قرار داشتند و کمبود مهمات و تدارکات در کنار ضعف جسمانی حاصل از راهپیمایی اجباری در گرمای تابستان روسیه، قوای مهاجمان را تحلیل برده، تلفات سنگینی به آن‌ها وارد آورده و موجب کاهش سرعت پیشروی گشته بود.
با این حال هیتلر همچنان با اعتماد به نفس معتقد بود با ضربه سختی که ورماخت به شوروی وارد آورده، ارتش سرخ نخواهد توانست خود را بازیابی کند. این درحالی بود که نیروهای آلمانی در این زمان در شمال بهترین فرصت برای تصرف سریع لنینگراد را در طول ماه سپتامبر از دست دادند و در جنوب در روستوف-نا-دونو متوقف شده و به عقب رانده شدند. فرماندهی عالی نیروی زمینی آلمان از ماه اکتبر به این باور رسید که جنگ در روسیه در سال ۱۹۴۱ به پایان نخواهد رسید. در این شرایط ورماخت اگر فعلاً گرفتار یک «بحران راهبردی» نگشته بود، دست کم وضعیتش از ماه گذشته بدتر شده و زمستان روسیه در حال فرا رسیدن بود.
نیروهای آلمانی تا روز ۲۶ سپتامبر ۵۳۵ هزار نفر تلفات داده بودند که معادل ۱۵ درصد کل نیروهای اختصاص یافته به عملیات بارباروسا بود؛ در حالی که ارتش جایگزینی نیروی زمینی تنها ۳۸۵ هزار نفر در اختیار داشت و این موجب کمبود ۱۵۰ هزار نفری و ایجاد خلأ در بین رده‌های یگان‌های ورماخت می‌شد. نگران کننده‌تر این که فرماندهی عالی نیروی زمینی ۲۱ لشکر از ۲۴ لشکر ذخیره خود را جهت تقویت گروه ارتش‌ها صرف کرده بود و تقریباً دیگر نیروی ذخیره‌ای نداشت. پیشروی در اراضی وسیع شوروی تا این زمان خسارات پرشماری به لشکرهای زرهی و موتوریزه آلمانی وارد آورده و تحرک و توان آتش آن‌ها را کاهش داده بود. در این زمان صرفاً ۴۷ درصد از تانک‌های این یگان‌ها عملیاتی باقی مانده بود و مابقی منهدم شده، از کار افتاده یا برای مدت طولانی منتظر تعمیر بودند. در همین زمان ۱۶۰۰ هواگرد "لوفت‌وافه" منهدم و ۱۰۰۰ هواگرد دیگر آن آسیب دیده بودند. روز ۶ سپتامبر از مجموع قریب به ۳ هزار هواگرد هنگام آغاز عملیات، تنها ۱۰۰۵ هواگرد عملیاتی برای "لوفت‌وافه" باقی مانده بود. از همین رو، نیروی هوایی آلمان وادار گردید برخی یگان‌های خود را به جهت تلفات شدید عقب بکشد که با وجود دریافت نیروی کمکی از غرب اروپا، مسلماً بر مأموریت‌های پشتیبانی نزدیک هوایی اثر زیادی می‌گذاشت.
خط مقدم در منطقه عملیاتی در شوروی رفته‌رفته افزایش یافته و در نتیجه ورماخت در ماه اکتبر خط مقدمی طولانی‌تر از روز نخست عملیات را با نفرات و تجهیزات کمتری حفظ می‌کرد و توان آن در متمرکز ساختن نیروها تقلیل پذیرفته بود. متعاقباً با کند شدن تیغ عملیاتی آلمانی‌ها، سرعت تهاجم کاهش یافته و نقاط بیشتری از جبهه به رزمگاه‌های موضعی بدل گشته بود. شدت این فرسایش تا جایی برای آلمان قابل تحمل بود که جنگ بر طبق برنامه تا پایان تابستان به اتمام می‌رسید؛ درحالیکه نبرد تصرف مسکو که خط مقدم را گسترده‌تر می‌کرد و خود قطعاً در بردارنده تلفات می‌بود، همچنان در پیش بود. بدین ترتیب در ادامه اگر عملیات سلطه بر مسکو با موفقیت پیش نمی‌رفت و نمی‌توانست مقاومت شوروی را از بین ببرد ورماخت با لشکرهایی به شدت آسیب دیده و بدون نیروی ذخیره در خط مقدمی فراخ با یک نبرد زمستانه مواجه می‌گشت.
پیش از پایان نبرد کیف، روز ۶ سپتامبر هیتلر با صدور فرمان شماره ۳۵ تهاجم بزرگ دیگری توسط گروه ارتش مرکز را برای اواخر ماه سپتامبر کلید زد. آلمانی‌ها تصور می‌کردند همچنان امکان اجتناب از جنگ زمستانه وجود دارد و این تهاجم بزرگ در نهایت شوروی را به زیر خواهد کشید. این برای نخستین بار در تهاجم به شوروی بود که ورماخت نیروهای اصلی خود در جبهه شرقی را تنها در یک جهت یعنی محور مسکو متمرکز می‌نمود. تهاجم پاییزه ورماخت به مسکو تحت عنوان «عملیات "تایفون"»، در خط مقدمی به طول ۷۶۰ کیلومتر از روز ۲ اکتبر سال ۱۹۴۱ آغاز شد. هدف این عملیات که بخش عظیمی از لشکرهای متحرک ورماخت در جبهه شرقی نقش سرنیزه زرهی را در آن بر عهده داشتند، انهدام سه جبهه در حال محافظت از مسکو و سپس پیشروی و به محاصره درآوردن پایتخت بدون مدافع دشمن بود. شمار لشکرهای زرهی گروه ارتش مرکز در این تهاجم به ۱۴ لشکر و تعداد لشکرهای موتوریزه آن به ۸ لشکر افزایش یافت تا به بزرگ‌ترین تمرکز قوای متحرک آلمان در طول جنگ جهانی دوم بدل شود. این گروه ارتش برای تهاجم به مسکو در مجموع قریب به دو میلیون نفر نیرو و ۱۲۰۰ تانک در اختیار داشت. به هر صورت این نیروها تا این نقطه از جنگ آسیب شدیدی دیده بودند و از مشکلات جدی تدارکاتی از جمله کمبود سوخت و مهمات رنج می‌بردند. ذخایر فراهم گشته برای این عملیات توسط آلمانی‌ها بسیار محدود بود.
در طرف مقابل، جبهه‌های غربی، بریانسک و ذخیره ارتش سرخ، مجموعاً با توان ۱٫۲۵ میلیون نفر، مسئولیت دفاع از محور مسکو را بر عهده داشتند. خسارات پیشین یگان‌های متحرک این جبهه‌ها را به تنها ۱ لشکر و ۱۳ تیپ تانک مجموعاً با ۷۷۰ تانک و ۲ لشکر موتوریزه کاهش داده بود. بیشتر لشکرهای شوروی در این ناحیه توانی به اندازه نصف میزان اولیه (۵ تا ۷ هزار نفر) داشتند و با کمبود ادوات ضروری روبرو بودند.
با آغاز تهاجم، نیروهای گودریان در گروه زرهی ۲ که توانسته بودند روز ۳۰ سپتامبر در جناح جنوبی جبهه بریانسک شوروی نفوذ کنند، در عرض دو روز ۲۱۰ کیلومتر پیشروی کرده و به اریول برسند. سه ارتش جبهه بریانسک شوروی تا روز ۶ اکتبر به کمک ارتش دوم ورماخت به محاصره این مهاجمان درآمدند که با وجود گریز بخشی از آن‌ها، به اسارت ۵۰ هزار نفر از نیروهای ارتش سرخ انجامید. روز ۱۰ اکتبر گئورگی ژوکوف توسط استالین به فرماندهی جبهه غربی منصوب گشت. بلافاصله یگان‌هایی با توان ۹۰ هزار نفر از یگان‌های ذخیره یا قسمت‌های دیگر به این جبهه منتقل شدند. روز ۱۷ اکتبر جبهه کالینین نیز با سه ارتش ایجاد گردید. با اتصال ارتش‌های سوم و چهارم زرهی ورماخت در شهر ویازما به یکدیگر ۴۵ لشکر شوروی در منطقه‌ای بسیار بزرگ در غرب این شهر به محاصره افتادند. پس از تصرف کالینین و کالوگا در ۱۸ اکتبر، پاکسازی این منطقه تا روز ۱۹ اکتبر منجر به اسارت ۶۷۳ هزار نفر دیگر از قوای شوروی گردید. بدین ترتیب در طی دو محاصره در مناطق ویازما و بریانسک، ۷ ارتش از مجموع ۱۵ ارتش شوروی در محور مسکو منهدم شدند و ارتش سرخ قریب به یک میلیون نفر از قوا و ۸۳۰ تانک خود را از دست داد تا آلمانی‌ها به این باور برسند که تا این زمان به تمامی اهداف خود رسیده‌اند و رسماً اعلام پیروزی کنند.
ضربه سخت مرحله نخست عملیات "تایفون" به مدافعان شوروی، یک شکاف بیش از ۳۰۰ کیلومتری در بین مواضع آن‌ها در مقابل مسکو باز کرده و تعداد بسیار اندکی از نیروهای آماده رزم شوروی بین خط دفاعی ویازما و مسکو باقی گذاشته بود. نزدیک شدن قوای ورماخت به پایتخت موجب به پا شدن هرج و مرج چند روزه در این شهر شد. استالین ۱۵ اکتبر فرمان به تخلیه گسترده مسکو داد. شهر نه به دست آلمانی‌ها بلکه توسط مردم وحشت‌زده برای مدتی تقریباً از تسلط استالین خارج گردید. با وجود این که خود او همچنان در پایتخت بود، هزاران تن از ساکنان آن آواره شدند. روز ۱۸ اکتبر موژائیسک در ۱۰۰ کیلومتری مسکو به تصرف آلمانی‌ها درآمد. روز ۱۹ اکتبر «شرایط محاصره» در مسکو اعلام گردید. در این شرایط مجدداً شایعات و گزارش‌هایی نقل شده که استالین از طریق بلغارستان در تلاش برای دستیابی به آتش‌بس بوده‌است. البته هیچ مدرکی از جانب آلمان وجود ندارد که چنین تماسی برقرار شده باشد.
فرایند پاکسازی مناطق تحت محاصره موجب کاهش سرعت عملیات "تایفون" گردید. در این موقعیت بارش برف که از ۶ اکتبر آغاز شده و ۹ اکتبر با بارش مداوم و سنگین باران پاییزه ("راسپوتیتسا") همراه گشته بود، نیز به شدت گریبان‌گیر مهاجمان گشت. این بارندگی بزرگ‌ترین مزیت آلمانی‌ها یعنی «تحرک» را از آن‌ها گرفت و "بلیتس‌کریگ"، رزم برق‌آسای ورماخت را زمین‌گیر کرد. گل‌ولای حاصل از این بارندگی موجب فرورفتن و گیر کردن خودروها و ادوات اسب‌کشنده می‌شد. این شرایط وخامت اوضاع تدارکاتی ورماخت را افزایش داده و مکرراً باعث پایان یافتن ذخیره جیره و مهمات نیروی‌های آن می‌شد. با وجود این که شرایط آب‌وهوایی مشکلات مشابهی برای نیروهای شوروی ایجاد کرده بود، اما کاهش هر چه بیشتر سرعت مهاجمان و به‌خصوص بی‌تحرک گشتن تانک‌های آن‌ها، به نفع مدافعان تمام شد. گل‌ولای و بارندگی توانایی تحرک سریع را از لشکرهای موتوریزه ورماخت گرفته و تمامی حملات را به یورش‌های مستقیم پر خسارت بدل ساخته بود. مسیر پیشروی نیروهای زرهی و موتوریزه گروه ارتش مرکز به تعداد اندکی از راه‌های قابل تردد محدود شده بود که این مسئله به ارتش سرخ اجازه می‌داد منابع ناچیز خود را برکند ساختن آن‌ها متمرکز نماید. با این حال که آلمانی‌ها هر چهار شهر مستحکم دفاعی در مسیر مسکو شامل وولوکولامسک، موژائیسک، مارویاروسلاوتس و کالوگا را تا پایان ماه اکتبر تصرف نموده بودند، اما این نبردها موجب مستهلک شدن آرایش‌های رزمی و ته کشیدن ادوات زرهی آن‌ها گشت.
در این شرایط عدم موفقیت نیروهای گودریان در دستیابی به شهر راهبردی تولا در ۳۰ اکتبر شکستی حساس به آلمانی‌ها وارد کرد. اوایل ماه نوامبر و چند هفته پس از پایان کار در ویازما–بریانسک، ورماخت هنوز نتوانسته بود مسکو را تصرف نماید. در پی این اوضاع، بسیاری از افسران خواهان یک توقف عملیاتی به جهت رسیدن تدارکات و نفرات به خط مقدم و همچنین سفت شدن سطح زمین با نخستین یخبندان زمستانه به منظور پیگیری پیشروی بودند. بدین ترتیب به دستور فیلدمارشال فن بک عملیات "تایفون" انتهای ماه اکتبر متوقف شد. کاهش هر چه بیشتر دما از میانه ماه نوامبر با وجود منجمد کردن گل و لای و تسهیل و افزایش سرعت پیشروی آلمانی‌ها، مشکلات دیگری پدیدآورد. عدم دریافت به موقع اقلام تدارکاتی نظیر ضدیخ برای خودروها و البسه زمستانی بار مشکلات آلمانی‌ها را تشدید ساخت. ارتشبد گودریان در خاطرات خود دمای هوا در روز ۱۲ نوامبر را ۱۵– درجه سانتیگراد، روز بعد آن ۲۲– درجه سانتیگراد و روز ۴ دسامبر ۳۵– درجه سانتیگراد و در کمترین میزان ۵۰– درجه سانتیگراد ثبت کرده‌است و اضافه نموده در این شرایط سربازان همچنان البسه سبک به تن داشتند.
تهاجم ورماخت با نیروهایی از رمق افتاده و منابعی اندک، از ۱۵ نوامبر مجدداً از سر گرفته شد. در حالیکه ارتش چهارم ورماخت مسئول درگیر نگاه داشتن دشمن در مرکز خط مقدم بود، نیروهای زرهی می‌بایست مسکو را از شمال و جنوب به محاصره درمی‌آوردند. در جنوب، گودریان ۶۵ کیلومتر دیگر پیش رفت و ونیوف را تصرف نمود؛ درحالیکه در شمال گروه زرهی ۳ ورماخت با پیشروی ۳۰ کیلومتری به کلین دست یافت. موفقیت تهاجم آلمانی‌ها وابسته به فروپاشی سریع دفاع شوروی بود، اما ارتش سرخ با تحمل حملات دشمن همچنان پایداری می‌کرد و با اجرای ضدحملات برخی دستاوردهای ورماخت را از بین برد.
تا اواخر نوامبر، عملیات "تایفون" به اندکی بیش از درگیری‌های پراکنده بدون انسجام راهبردی بدل گشت. رسیدن به مسکو آخرین ذخایر نیروهای ورماخت را نیز به پایان رساند. در این موقعیت ورماخت در عمق ۱۰۰۰ کیلومتری اراضی شوروی متوقف شده و جنگ تحرک آن در باتلاق‌های دروازه مسکو گیر کرد. روز ۱ دسامبر فیلدمارشال فن بک، فرمانده گروه ارتش مرکز با ارسال پیامی به قرارگاه فرماندهی عالی نیروی زمینی، ضمن تشریح شرایط سخت نیروهای خود از جمله فرسودگی آن‌ها و کاهش شدید دما، از آن خواست یا برای او نیروی کمکی و تدارکات ارسال نموده تا به پیشروی ادامه دهد یا در غیر این صورت گروه ارتش مرکز وادار خواهد شد جهت دستیابی به خط مقدمی کوتاه‌تر و قابل دفاع‌تر عقب بنشیند. هالدر در پاسخ با وجود ابراز همدلی، از او خواست فشار خود بر دشمن را حفظ کند و به آن در شرایطی دشوار فرصت بازیابی ندهد. در این زمان پیاده‌نظام فن بک در ارتش چهارم در گذرگاه رود نارا در نارو-فومینسک در غرب شهر، ۷۰ کیلومتر و یگان‌های زرهی آن در گروه زرهی ۴ در کراسنایا پولیانا در شمال شهر ۳۲ کیلومتر همچنان با مرکز مسکو فاصله داشتند.
در ماه نوامبر، شوروی به کمک جاسوسان خود از قصد امپراتوری ژاپن در تهاجم به سمت جنوب و عدم تمایل آن به درگیر شدن با شوروی در شمال مطلع شد؛ بنابراین، استالین شروع به انتقال نیروهای ارتش سرخ از شرق روسیه به مناطق غربی کرد. در تمامی مدتی که سایر نیروهای شوروی در مناطق غربی متحمل شکست‌ها و خسارت فراوانی شدند، نیروهای خاور دور آن دست نخورده باقی مانده بودند. این نیروها در شرایط بد جوی آب‌دیده بودند و با تسلیح متناسب، به رزم در سخت‌ترین سرما عادت داشتند. درحالیکه فرماندهی عالی نیروی زمینی آلمان تصور می‌کرد ارتش سرخ بدون داشتن ذخیره چندان، قادر به اجرای ضد حمله در برابر گروه ارتش مرکز نیست، ترکیب این قوا و آرایش‌های تازه تشکیل شده، تا انتهای ماه نوامبر نیروی ذخیره‌ای با ۵۸ لشکر برای شوروی ایجاد نمود. در این زمان با ضد حملات جزئی شوروی، ضعف آلمانی‌ها در برابر دشمن هویدا شد تا ضد حمله گسترده ارتش سرخ از روز ۵ دسامبر آغاز شود. شوروی در این ناحیه تانک و هواگرد کمتری نسبت به گروه ارتش مرکز ورماخت در اختیار داشت اما نیروهای آن تازه‌نفس و دارای تجهیزات مناسب زمستان و وضعیت تدارکاتی بهتری بودند. با مبارزه سنگین یک‌ماهه قوای ارتش سرخ موفق شدند دشمن را ۱۰۰ تا ۲۴۰ کیلومتر عقب برانند و پایتخت را از سایه تهدید آن‌ها خارج سازند.
در عرض حدود شش ماه ورماخت ۱۲۰۰ کیلومتر در خط مقدمی به پهنای ۱۰۰۰ کیلومتر در عمق اراضی شوروی پیشروی نمود و با تسخیر ۱٫۵ میلیون کیلومتر مربع از خاک آن، ۴۰ درصد از جمعیت و ۳۵ درصد از ظرفیت تولیدی شوروی را زیر سلطه خود درآورد. این نیرو با ایجاد بیست محاصره عمده از بیاویستوک تا بریانسک در عرض پنج ماه پیروزی‌های بزرگی به دست آورد. تقریباً در هر جنگ دیگری هر یک از این نبردهای محاصره‌ای به تنهایی می‌توانست ضربه خرد کننده‌ای به دشمن وارد آورد و نتیجه جنگ را تعیین کند؛ کما اینکه عملیات بارباروسا در توالی پرسرعتی همه آن‌ها را بر شوروی تحمیل نمود و این تصور را پدیدآورد که دشمن در معرض شکست کامل است.
تا نبرد ویازما–بریانسک، نیروهای آلمانی هر کجا را به عنوان «نقطه تمرکز» برگزیدند، در آن بر دشمن فائق آمدند. با این حال عایدی ورماخت تا این لحظه تنها موفقیت‌های سطح عملیاتی بود؛ درحالیکه آلمان برای ساقط کردن حاکمیت شوروی به پیروزی سطح راهبردی نیاز داشت. در طول سه هفته بین ۱۴ نوامبر تا ۵ دسامبر ورق بر ضد ورماخت چرخش کرد و تهاجم آن در تمامی طول خط مقدم متوقف گشت. ورماخت با تحمل تلفات سنگین قادر به تصرف مسکو نشد تا با وجود ادامه جنگ، تلاش آلمان برای یک پیروزی سریع در مقابل شوروی شکست بخورد و عملیات بارباروسا عملاً به هدف اصلی خود در انهدام ارتش سرخ و ساقط ساختن رژیم شوروی نرسد. نبرد مسکو نخستین شکست عمده ورماخت در نبرد زمینی و نقطه پایانی بر "بلیتس‌کریگ" به حساب می‌آمد. در طول عملیات بارباروسا ارتش سرخ تلفات و خسارات بسیار گسترده‌ای متحمل شد اما در نهایت همچنان در حال فعالیت و رزم بود و سعی در ترمیم کاستی‌ها داشت. هنگام توقف پیشروی، از سه هدف جغرافیایی اصلی عملیات، تنها کیف به سلطه آلمانی‌ها درآمد. تلفات آلمانی‌ها بسیار کمتر بود اما این کشور ظرفیت جایگزینی چندانی نداشت.
شوروی پس از بازپس‌گیری روستوف-نا-دونو در ماه نوامبر، شروع به در دست گرفتن ابتکار عمل ابتدا در مقابل گروه ارتش مرکز و سپس در طول تمامی خط مقدم کرد. ارتش سرخ ضمن اصلاح برخی از کاستی‌ها و اشتباهات پیشین خود، با پیروزی در نبرد مسکو و اجرای ضد حمله گسترده در زمان و محورهایی مناسب با بازگرداندن روحیه به شوروی، ابتکار عمل راهبردی را نیز لااقل برای مدتی از آلمانی‌ها گرفت و با برهم ریختن برنامه‌ریزی‌های راهبردی آن، دشمن را گرفتار یک جنگ فرسایشی کرد که آلمان با موفقیت از عهده آن برنمی‌آمد. اینک جنگی بلند مدت در مقابل ورماخت بود که با صدمات متحمل شده نه از منظر نظامی مهیای آن بود و نه پشتیبانی اقتصادی لازم برای آن را داشت. خسارت حاصل از شکست در عملیات بارباروسا به اندازه‌ای برای آلمان بزرگ تصور می‌شود که حتی موجب تفسیر آن به عنوان از دست رفتن آخرین فرصت این کشور جهت خروج موفقیت‌آمیز از جنگ جهانی دوم شده‌است.
در شرایطی که توان رزمی نیروهای ورماخت همچنان در حال تقلیل بود و هیچ امیدی برای دریافت به موقع نیروی جایگزین وجود نداشت، در مواجهه با حملات اولیه دشمن، جهت قرار گرفتن در مواضع زمستانی و کاهش تلفات، فیلدمارشال فن بک از ۵ دسامبر شروع به کار در مورد طرحی جهت عقب‌نشینی به مواضع دفاعی بهتر کرد. روز بعد هیتلر با اکراه با این عقب‌نشینی که پیش‌بینی می‌شد دو روز به طول بینجامد، جهت «کوتاه‌تر کردن خط مقدم» موافقت نمود. روز ۸ دسامبر هیتلر با صدور فرمان شماره ۳۹ پیشوا با اشاره به «زمستان زود هنگام» و مشکلات تدارکاتی حاصل از آن، بر لزوم پایان عملیات تهاجمی و گرفتن حالت تدافعی اذعان نمود. هدف این فرمان پیشوا حفظ اراضی دارای اهمیت عملیاتی و اقتصادی ضمن فراهم آوردن فرصتی برای نیروها جهت تجدید قوا بود. بر این اساس مأموریت از بین بردن توان نظامی شوروی همچنان پا بر جا بود و به پس از زمستان موکول شد.
عقب‌نشینی‌های محلی میانه ماه دسامبر که به خسارات سنگین در تسلیحات و تجهیزات ورماخت انجامید، هیتلر را به تغییر در آرای خود واداشت. او که یک عقب‌نشینی کلی را غیرقابل قبول می‌دانست، روز ۱۸ دسامبر هر گونه عقب‌نشینی عمده بیشتر را ممنوع اعلام کرد. روز ۱۹ دسامبر هیتلر با استعفای فن براوخیچ موافقت نمود و خود شخصاً فرماندهی کل نیروی زمینی را بر عهده گرفت. علاوه بر آثار سوء حیثیتی چنین عقب‌نشینی، پیشوا نگران بود رزم متحرک در شرایط زمستانی عواقب فاجعه‌باری در پی داشته باشد چرا که در این زمان نیروهای ورماخت بدون تجهیزات کافی زمستانی، از تحرک‌پذیری اندکی برخوردار بودند و هیچ موضع دفاعی پشت سر آن‌ها وجود نداشت. هیتلر از نیروهای آلمانی خواست تا هنگام رسیدن نیروی کمکی از غرب مقاومت متعصبانه نشان دهند. از این رو به ارتش چهارم ورماخت در مرکز خط مقدم فرمان داده شد حتی یک قدم بیشتر عقب ننشیند و مقرر گردید سیزده و نیم لشکر از اروپای غربی و آلمان به عنوان نیروی کمکی به جبهه شرقی منتقل شود.
با حصول موفقیت در این ضد حمله، "استاوکا" به شکلی بلندپروازانه در عرض تنها چند هفته ضد حملات ابتدایی و محدود را به حملات بسیار گسترده‌تر در تمامی طول خط مقدم جنگ با آلمان، از لنینگراد در شمال تا دریای سیاه در جنوب، بدل ساخت. به هر صورت، همین میزان عقب‌نشینی خطوط ارتباطی ورماخت را کوتاه‌تر کرد و برخی مشکلات تدارکاتی آن را بهبود بخشید. با وجود موفقیت‌های عمده تاکتیکی و رخنه در مواضع دفاعی ورماخت در برخی نقاط، ارتش سرخ قادر به حصول هدف راهبردی نهایی خود در محاصره و انهدام ارتش مرکزی ورماخت نشد. در پی فرمان هیتلر بر «استواری» و با افزایش مقاومت نیروهای آلمانی، تا اواخر ماه ژانویه سال ۱۹۴۲، شوروی به مرور دست بالا را از دست داد و تهاجم آن، با گرفتاری به مشکلات فرماندهی و تدارکاتی، رفته‌رفته در نهایت متوقف شد و گروه ارتش مرکز ورماخت خط مقدم خود را بسیار شرق‌تر از حدود پیش‌بینی شده توسط شوروی، تثبیت کرد. در پی موفقیت در متوقف ساختن این ضد حمله شوروی، جز چند مورد، هیتلر در تمامی موقعیت‌های دفاعی در ادامه جنگ متوسل به این رویکرد دفاعی برای حفظ هر سانتی‌متر از اراضی شد.
با از دست رفتن امید برای دستیابی به یک پیروزی سریع در مقابل شوروی، تنها راه آلمان یافتن راه‌حلی برای پیروزی در بلندمدت بود. با توجه به فرسایش و تلفات وارد آمده به ورماخت، نیروی زمینی آلمان دیگر قادر به تهاجم راهبردی در تمامی طول جبهه شرقی نبود. از این رو تنها گزینه واقع‌بینانه برای آلمان، تهاجم صرفاً از یک بخش جبهه بود. از این رو آلمان تصمیم گرفت این تهاجم را به دنبال دستیابی به منابع نفتی، متوجه بخش‌های جنوبی شوروی بکند تا موجب قطع منابع نفتی شوروی و تأمین نیاز شدید آلمان به این ماده گردد. با وجود این که تاکتیک «جنگ برق‌آسا» در ناحیه مسکو در نهایت متوقف شد اما آلمانی‌ها در ادامه جنگ همچنان از آن در نبردهای حوزه رود دن در تابستان سال ۱۹۴۲ استفاده کردند. آلمانی‌ها با این تهاجم جدید خود را تا رود ولگا در شمال قفقاز رساندند اما در این موقعیت نیز خطوط مقدم آن‌ها بسیار گسترده شد و به فاجعه در نبرد استالینگراد انجامید. با شکست در سومین تهاجم تابستانه در سال ۱۹۴۳ تنها در عرض چند روز، آلمان ابتکار عمل راهبردی را به صورت کامل از دست داد. از این نقطه تا پایان جنگ در جبهه شرقی، آلمان تماماً در موضع یک جنگ دفاعی قرار داشت.
"کریگسمارینه"، نیروی دریایی آلمان به شکل کاملی در طرح عملیاتی بارباروسا دخیل نشده بود چرا که اقدامات همه‌جانبه دریایی ضروری به نظر نمی‌رسیدند. آلمانی‌ها از ۱۲ ژوئن شروع به مین‌ریزی خلیج فنلاند و ریگا کردند. وظایف دیگر "کریگسمارینه" شامل جلوگیری از گریز نیروی دریایی شوروی از دریای بالتیک و ممانعت از اجرای عملیات‌های آبی خاکی توسط آن می‌شد. در جنوب، نیروی دریایی آلمان اساساً هیچ حضوری در دریای سیاه نداشت.
در طرف مقابل با دریافت فرمان آماده‌باش در بالاترین سطح پیش از آغاز تهاجم آلمانی‌ها توسط تمامی یگان‌های نیروی دریایی شوروی، هیچ کشتی این نیرو در اثر حملات اولیه هوایی "لوفت‌وافه" آسیب ندید و هیچ هواگرد دریایی آن منهدم نشد. بسیاری از ملوانان نیروی دریایی شوروی در این درگیری به عنوان پیاده‌نظام به کار گرفته شدند. شوروی در سال ۱۹۴۱ بیشتر از هر کشور دیگری زیردریایی در اختیار داشت اما این ادوات نتوانستند تأثیرگذاری چندانی داشته باشند. شناورهای سطحی وظیفه حفاظت از جناح ساحلی نیروهای زمینی را بر عهده داشتند. ناوگان دریای بالتیک شوروی با از دست دادن پایگاه‌های خود در هفته‌های آغازین، وادار به عقب کشیدن کشتی‌های سطحی خود به سمت لنینگراد شد. با مین‌ریزی خلیج فنلاند توسط آلمانی‌ها و یخ زدن آب‌ها در ماه‌های زمستان، این ناوگان دیگر قادر به جابه‌جایی نبود اما می‌توانست با توپ‌های خود مواضع دشمن را گلوله‌باران نماید. ناوگان دریای سیاه شوروی به مدافعان اودسا و سواستوپل تدارکات رساند و در نهایت اقدام به تخلیه آن‌ها کرد، اما نتوانست تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر نبردهای انجام گرفته در طول کرانه دریای سیاه بگذارد یا جلوی گذر آلمانی‌ها از شبه‌جزیره کریمه به قفقاز از طریق تنگه کرچ را بگیرد.
مشارکت تمامی متحدان آلمان در نیروهای محور شامل رومانی، مجارستان، اسلواکی و ایتالیا، در عملیات بارباروسا که با اهداف سیاسی و سرزمینی مختلفی صورت می‌پذیرفت، در قالب گروه ارتش جنوب انجام گرفت. خصومت مجارستان با رومانی و اسلواکی سبب شده بود آلمانی‌ها ناگزیر از قرار دادن این نیروها در کنار یکدیگر اجتناب کنند و همواره حائلی مانند نیروهای ایتالیایی یا آلمانی بین آن‌ها وجود داشته باشد.در پی شکست‌های گسترده ارتش سرخ در جریان عملیات بارباروسا و تصمیم متفقین غربی در کمک‌رسانی به شوروی، ایجاد و باز نگاه داشتن مسیر انتقال تدارکات به شوروی مخصوصاً استفاده از شبکه راه‌آهن آن، یکی از دلایل تهاجم متفقین به ایران در ۲۵ اوت سال ۱۹۴۱ و اشغال تهران در ۱۶ سپتامبر همان سال بود. در نهایت قریب به یک چهارم از تمامی محموله‌های ارسالی متفقین غربی به شوروی از مسیر ایران انتقال یافت.