Operaatio Barbarossa
Akselivaltojen hyökkäys Neuvostoliiton koko länsirajalla 22. kesäkuuta 1941 on suuri menestys. Neuvostoliiton suunnitelma pitää hyökkääjät rajalla luhistuu tunneissa, eikä punaarmeija saanut aikaa mobilisoida suurta vahvuutta pakottamaan vihollista takaisin rajan taakse, kuten neuvostodoktriiniin kuului. Neuvostojoukot taistelivat ajoittain itsetuhoisella päättäväisyydellä, mutta Saksan suunnitelma tuhosi alusta pitäen neuvostosuunnitelmat täysin ja vei puna-armeijan katastrofiin.
Saksan joukot oli jaettu kolmeen pääarmeijaryhmään, pohjoisen, keskustan ja etelän armeijaryhmään. Kukin hyökkäsi omalla tahollaan ja käytti neljää panssariarmeijaa murtautuakseen neuvostorintaman läpi valtavien jalkaväkiarmeijoiden seuratessa omaan tahtiinsa. Kauimpana pohjoisessa Suomen armeija tuki hyökkäystä; etelässä suuret romanialaisjoukot liikkuivat saksalaisten johtamina kohti Odessaa ja Krimin niemimaata. Eteneminen oli nopeaa, jopa 30 kilometriä päivässä. Pohjoinen armeijaryhmä oli ennen kesäkuun loppua edennyt Liettuan läpi ja oli syvällä Latviassa, jonka pääkaupunki vallattiin 1. heinäkuuta. Kenraali Hoepnerin 4. panssariryhmä oli edennyt Leningradin reunamille 19. elokuuta, ja muutama viikko myöhemmin kaupunki oli saarrettu ja piirityksessä. Etelässä eteneminen kävi hitaammin, mutta 5.
elokuuta romanialaisarmeijat piirittivät myös Odessaa, joka vallattiin lopulta lokakuun puolivälissä.
Näyttävimmin eteni sotamarsalkka von Bockin johtama keskustan armeijaryhmä. 2. ja 3. panssariarmeijat olivat 28. kesäkuuta mennessä piirittäneet Valko-venäjän pääkaupungin, Minskin ja vanginneet 280 000 neuvostosotilasta. Saksan nopeat panssarijoukot murtautuivat neuvostorintaman läpi ja sulkivat ne mottiin toisensa jälkeen. Vaikka neuvostojoukot taistelivat urheasti ja viivyttivät saksalaisten etenemistä pienissä, paikallisissa taisteluissa, Saksan hyökkäyksen nopeus ja tuhovoima sen lähes tuhottua Neuvostoliiton ilmavoimat muutamassa päivässä johtivat taistelumoraalin ja neuvostoyhteyksien ja huollon laajamittaiseen luhistumiseen.
Syksyyn mennessä olemassaolevista tankeista oli tuhottu noin 90 %, ja Neuvostoliiton miestappiot lähestyivät viittä miljoonaa kaatunutta, haavoittunutta tai vangiksi joutunutta. Sodan käsittämätön laajuus ja julmuus vaativat paljon myös hyökkääjiltä. Ennen syyskuun loppua oli raportoitu noin 550 000 saksalaisesta kaatuneesta, mikä jätti varjoonsa kaikki Saksan armeijan siihenastiset kokemukset.
Hitler oli suurista tappioista ja vahvasta neuvostovastarinnasta huolimatta yhä varma, että Neuvostoliitto voitiin murskata. Keskustan armeijaryhmä löi syyskuun alussa Neuvostoliiton vihdoin tekemän vastahyökkäyksen Smolenskissa, ja Moskova oli avoinna Saksan joukoille. Hitler vaati sen sijaan, että von Bockin joukot tukisivat Leningradin hyökkäystä ja auttaisivat lounaisella rintamalla kenraali Kirponosia vastaan yhä hyökkäävää etelän armeijaryhmää. Leningradin piirityksestä tuli täydellinen, ja etelässä saatiin vaikuttava voitto, kun 1. ja 2. panssariryhmät piirittivät 15. syyskuuta Ukrainan pääkaupunki Kiovaa ja sen 650 000 neuvostosotilasta.
Noin 150 000 muuta onnistui murtautumaan ulos, mutta tappiot avasivat tietä etelän rikkaan teollisuusseudun valtaukselle. Führerin käsky nro 35 syyskuun 6. päivänä päästi vihdoin keskustan armeijaryhmän etenemään Moskovaan.
Neuvostoliitosta käsin akselivaltojen sotaretki vaikutti lähes pysäyttämättömältä. Uusia divisioonia mobilisoitiin ja lähetettiin rintamalle, ja ne katosivat yhtä nopeasti kuin olivat tulleetkin. Stalin nimitti itsensä sotavoimien ylikomentajaksi 10. heinäkuuta ja puolustusministeriksi 19. heinäkuuta. Hän määräsi julman kohtelun kaikille, jotka eivät taistelleet kuolemaan asti. Elokuussa julkaistiin Stalinin käsky nro 270, joka tuomitsi jokaisen antautuvan sotilaan isänmaan petturiksi. Kokeneita sotilaita pidätettiin ja ammuttiin Saksan hyökkäyksen viivyttämisen laiminlyönnistä. Timošenkon ja Žukovin onnistui hidastaa Saksan etenemistä Smolenskissa, ja 6. syyskuuta Jelnan kaupunki vallattiin lyhyeksi ajaksi takaisin saksalaisjoukoilta, mutta neuvostoarmeijan vastarinnan luhistumista oli mahdoton salata. Syyskuun lopussa suurin osa valtavista joukoista, jotka olivat tehneet vastarintaa hyökkäyksen aikana, oli tuhottu tai otettu vangiksi. Silminnäkijät muistavat euforian Hitlerin päämajassa.