1940年夏，希特勒在取得对法国的战争胜利后，进攻苏联的议案又提上日程。希特勒进攻苏联的想法由来已久。早在20年代，他在自传《我的奋斗》一书中他清楚表示德国人民必须追求“生存空间”——即土地和原料，而这个生存空间应该能在东欧找到。纳粹的政策指定了，俄罗斯和其他斯拉夫民族的人应该加以杀害、驱逐出境、或奴役之，因为他们认为这些都属于下等民族，而那些土地应该让给德国人民居住。
1940年7月31日，在伯格霍夫的会议上纳粹德国政府作出侵略苏联的政治命令，会议上希特勒对于入侵英国的海狮计划完全不热心。会议决定，入侵英国以德国空军在大不列颠战役的成功为条件。希特勒断言，苏联是英国最依赖的一个因素，俄国被击溃，英国的最后希望就破灭，德国就会成为欧洲和巴尔干地区的主人。于是决定对俄国的进攻将于1941年5月开始，在这时发动进攻，就可以有五个月的时间来完成任务。希特勒在1940年8月下令制定进攻苏联的“奥托计划”，到1940年12月制定完成的计划改名为“巴巴罗萨计划”。
巴巴罗萨计划进攻方向
1940年11月苏联派莫洛托夫前往柏林谈判，会议上德国方面鼓励苏联加入轴心国，宣布可将波斯到印度的大片区域划入苏联势力范围。苏联方面则比起介入战争，更关心德国军队往苏德边境不断增兵的情况，提议德国军队不应驻扎在芬兰和罗马尼亚境内，双方应在边境撤军。这次谈判没能达成任何协议，更加坚定了希特勒侵苏的决心。德国原本计划在1941年5月进攻苏联，但是由于巴尔干战事蔓延到希腊使得计划大幅度推迟，直到1941年6月下旬，德国才大举进攻苏联。
1941年6月22日，纳粹德国撕毁《苏德互不侵犯条约》（《莫洛托夫—里宾特洛甫条约》），联合匈牙利、罗马尼亚、芬兰，以事先拟订好的一份代号为“巴巴罗萨”的计划，集结了190个师共550万人、4900架飞机、3700辆坦克、47000门大炮、190艘军舰，划分为三个集团军群，从北方、中央、南方三个方向以闪击战的方式对苏联发动袭击，苏联卫国战争全面爆发。在短短18天之内，德军突进苏联600公里。第一天的战斗，苏联空军损失1200架飞机，其中800架还未起飞就被炸毁。大量苏军边境据点被德军迅速包围，红军边防守军陷入孤军拼死抵抗（如布列斯特要塞之战）。与此同时希特勒狂言三个月灭亡苏联。
“巴巴罗萨”行动期间，纳粹德军在乌克兰境内推进。（图片来源于网络）
北方战线由德军威廉·里特尔·冯·勒布元帅指挥的北方集团军群负责进攻。两个星期内苏联红军败退400――450公里，放弃整个波罗的海沿海地区，苏联红军24个师被彻底击溃，20个师损失60%的人员和装备，德军北方集团军群很快进抵列宁格勒城下。波罗的海三国和西乌克兰的一些地区由于对苏联政策的不满，使得地方民族主义者（如斯捷潘·班德拉）利用德军进攻的时机采取暴力行动协助德军。但很快大部分乌克兰民族主义者就由于反对纳粹高压的占领区政策而和德国决裂。班德拉本人也被纳粹逮捕。
中部战线是德军突击的重点地区，德军费多尔·冯·博克元帅指挥的中央集团军群从格罗德诺和布列斯特要塞方向进攻，通过一个双钳攻势完成了对苏联西部军区（即西方面军）的合围，白俄罗斯首府明斯克沦陷，苏联红军败退350公里，30个师被歼灭，70个师损失50%以上的人员。随后，德中央集团军群又在斯摩棱斯克地区展开了第二个钳形攻势，由于苏联红军有效地组织了防御，德军进展很慢。但是战役在历经两个月后，德军还是完成了合围，歼灭了苏联红军30万人。
南方战线上由德军伦德施泰特南方集团军群的主要目的在于占领苏联在乌克兰的农业和工业基地，并获得黑海港口作为补给站。当面为苏联基辅特别军区（即西南方面军）和敖德萨军区（南方面军），西南方面军是苏联实力最强的一个军区，在战争初期，由于苏联红军在兵力和装备上对德军有明显的优势，德军在这个方向的进展最为缓慢。但由于德军的素质此时远在苏联红军之上，因而德军依然长驱直入抵达第聂伯河。由于西方方面军损失过大，西南方面军的右翼暴露又未及时转移。
推进中的纳粹德军坦克纵队。（图片来源于网络）
在德军完成了对列宁格勒的包围之后，无力占领苏军防守的重镇和主要工业中心之一的列宁格勒。北方集团军群为了稳定侧翼，发起了对提赫文的进攻，但是却遭到溃败。因此，德军对列宁格勒采取了封锁战术。由于苏联红军迅速在与德军的对峙中拥有了兵力上的巨大优势，德军不得不在北方战线采取了被动的守势。同时，芬兰因兵力不足，一直难以直接攻击列宁格勒。
1941年9月30日，德军集中74个半师约193万人，在1700辆坦克，11000门火炮支援下，发起意在夺取莫斯科的攻势，即台风计划（莫斯科会战）。战役的第一阶段以德军在维亚济马地区歼灭苏联红军60余万人的全面胜利而结束。随后德军迅速占领了莫斯科外围，摧毁了数道苏联防线。
