Den 22 juni 1941 inledde Tyskland operation Barbarossa – det stora fälttåget i Sovjetunionen
De tyska förberedelserna för Barbarossa hade pågått sedan sommaren 1940, men för Sovjetunionen kom anfallet överraskande. Den sovjetiske ledaren, Josef Stalin, var övertygad om att Hitler inte skulle bryta den icke-angreppspakt som gjorts mellan Tyskland och Sovjetunionen i augusti 1939. I anslutning till det tyska anfallet förklarade också Rumänien, Ungern, Slovakien och Finland krig mot Sovjetunionen. Bulgarien deltog däremot inte, med motiveringen att de inte ville föra krig mot ett slaviskt broderfolk. Sovjetunionen blev nu allierat med de västeuropeiska länderna. Den 12 juli undertecknades ett avtal om ömsesidigt militärt bistånd mellan Sovjetunionen och Storbritannien.
Under hösten 1941 blev fälttåget en stor framgång för Tyskland. De baltiska staterna (Estland, Lettland och Litauen) som hade varit ockuperade av Sovjetunionen sedan sommaren 1940, ockuperades nu istället av Tyskland. Utan större svårigheter tog sig de tyska trupperna närmare huvudmålet Moskva. Den sovjetiska Röda armén förfogade över många fler soldater än den tyska armén, men kvalitativt var den tyska armén överlägsen.
Efter anfallet genomfördes en gigantisk mobilisering i Sovjetunionen. Vid årsskiftet 1941/1942 stoppades tyskarna av Röda armén utanför Moskva och lyckades inte ta staden. Den ryska vintern hjälpte också till att hindra tyskarnas framfart. Stor del av det tyska krigsmaterielet klarade inte kylan, både fordon och vapen slutade att fungera.
Den tyska krigsmaskinen var uppbyggd för blixtkrig. Överraskande anfall med starkt flygunderstöd, för att snabbt komma närmare slutmålet innan fienden hann organisera ett effektivt motstånd. Blixtkriget hade haft stor framgång i Västeuropa och på Balkan 1940-1941, men i Sovjetunionen tvingades tyskarna istället föra ett försvars- och ställningskrig.
