德軍方麵1941年6月22日，小胡子與其盟友入侵蘇聯，使蘇聯及蘇聯紅軍領導層大吃一驚。
    德軍以閃電戰戰術快速深入蘇聯領土。裝甲部隊以鉗形方式推進，先孤立然後徹底摧毀蘇聯紅軍。
    德軍北方集團軍群向列寧格勒推進，南方集團軍群則征服烏克蘭和高加索高地，而中央集團軍群則向莫斯科進發。蘇聯紅軍的防線很快便崩潰，死傷枕藉。
    1941年8月上旬，德軍攻占斯摩棱斯克，是通往莫斯科路上一個重要據點，但斯摩棱斯克的戰鬥阻礙了德軍的攻勢直到9月中旬，有效地瓦解了閃電戰的戰術。
    其後，古德裏安的裝甲部隊到達莫斯科外圍，但元首的命令，他轉向南方去支持龍德施泰特指揮的南方集團軍群對烏克蘭首府基輔的攻擊。1941年9月，德軍在攻占白俄羅斯的首府明斯克和烏克蘭的基輔後，集中兵力向蘇聯首都莫斯科發動進攻。
    自1941年7月起，蘇聯政府征用民工在莫斯科以西兩道防線上急如星火地構築工事。民工中有四分之三以上是婦女。前一道防線稱做維亞茲馬防線。
    它的最北端在奧斯塔什科夫以東約三十英裏處，據瓦爾代山不遠，中間穿過維亞茲馬以西地區，最南端在基洛夫以南，全長二百餘英裏。
    後一道防線叫莫日艾斯克防線，在莫斯科以西約八十英裏，自沃洛科拉姆斯克至提赫文，長約一百六十英裏。
    此外，在莫斯科以西還有四道弧形防線。同時，蘇聯從中亞，遠東抽調兵力保衛莫斯科。（由於確切情報得知日本在遠東地區認定的主要對手是美國而不是蘇聯，所以蘇聯方麵朱可夫元帥從遠東地區調集大量部隊鞏固首都莫斯科的防禦）
    另外，蘇聯還使用坦克伏擊戰，這是由卡圖科夫首次提出的，主要在姆岑斯克附近進行的。事實證明坦克伏擊戰還是很有用的，卡圖科夫為鞏固圖拉防線贏得了時間，並削弱了古德裏安對莫斯科南部的攻勢。
    之後，德蘇戰場就陷入了焦灼的態勢。
    1941年10月9日，莫斯科防線指揮部獲得了新組建的5個機槍營、10個反坦克炮兵團和5個坦克旅，這些部隊被重新編成了第5集團軍，由列柳申科將軍指揮。
    1941年10月17日，為了改進軍隊指揮，西方麵軍和預備隊方麵軍合編為新的西方麵軍，朱可夫大將任司令員。同日，根據朱可夫的建議，在西北方向上掩護莫斯科的西方麵軍右翼部隊第22，29，30，31集團軍組建為加裏寧方麵軍，由科涅夫上將出任司令員。
    而原方麵軍的指揮機關則在原第10集團軍司令部的基礎上改建而成。
    朱可夫受命之後，著手在沃洛科拉姆斯克—莫紮伊斯克—小雅羅斯拉韋茨—卡盧加一線建立新的防線，並組建第二梯隊和方麵軍預備隊。並想方設法抽調了14個步兵師、16個坦克旅和40多個炮兵團，迅速重建了第5、16、43、49四個集團軍但總兵力依然隻有9萬餘人。
    他還特別注意將富有作戰經驗的將領派到莫斯科的各主要方向上去。其中，羅科索夫斯基的第16集團軍開往沃洛科拉姆斯克，列柳申科的第5集團軍在莫紮伊斯克，葉菲列莫夫的第33集團軍在納羅福明斯克方向，43集團軍在小雅羅斯拉韋茨，49集團軍在卡盧加等地展開防禦。
    莫斯科市民也被動員起來。在3天之內，組織了25個工人營，12萬人的民兵師，169個巷戰小組，發動60萬人圍繞莫斯科城修築起三道防禦工事，其中婦女的數量占了四分之三。到10月末，僅婦女兒童就構築了700公裏反坦克塹壕，挖掘了300多萬立方米的泥土，修築了3800餘個臨時和固定火力點。處於防禦狀態的莫斯科城，被街壘、路壘、工事嚴密地封鎖起來，食品因此嚴重短缺。
    10月中-11月初，在莫紮伊斯克防禦地區展開的多次激烈戰鬥中，蘇聯紅軍對德軍優勢兵力進行了頑強抵抗，將其阻止於拉馬河、魯紮河、納拉河等地區。莫斯科疏散許多政府機關和最重要的企業
    11月後，莫斯科地麵的積雪近1米厚，為了不被德國空軍發現，部隊沿最短的路徑開路，而開路工具也是最簡單的，是馬拉壓路機，並設置了分流點，道路兩旁豎起了2-3米高的雪堆，還將汽車漆成白色，這樣便很難讓高空偵察機發現。
    11月13日，德陸軍總參謀長哈德爾在中央集團軍群總部召開了各軍團參謀長會議，下達了“1941年秋季攻勢命令”。中央集團軍群為此共集中了51個師。
    擔任正麵攻擊任務的是克魯格的第4集團軍；其左麵是霍特的第3裝甲集團軍和霍普納的第4裝甲集團軍，其任務是分別從北方和西方包圍莫斯科；於是德軍第三，第四裝甲集群重新部署在靠近加裏寧和沃洛科拉姆斯克的北線。
    他們的部隊繞開伊斯特拉水庫，占領了克林和索爾涅奇諾戈爾斯克。右麵的古德裏安的第2裝甲軍團則從南方向莫斯科包圍，他們突破了圖拉防線，但被一支蘇聯紅軍中隊拖了幾個小時。
    蘇聯紅軍經過11月底-12月初的頑強防禦和多次反突擊，德軍突向莫斯科的最後企圖破產了。
    蘇聯紅軍雖然經常處在危急狀態，但終於堅持下來並消耗了德軍。僅1941年11月16日到12月5日這段時間內，德軍在莫斯科附近就死傷155萬餘人，損失坦克約800輛、火炮300門、飛機近1500架。
    據說，霍普納推進了工程營摩托車兵，在1941年11月30日衝進一個距離莫斯科中心隻有8公裏的郊區，關於這件事，有一種說法是摩托車兵全部陣亡，另一種是說他們很快都撤退了。
    1941年-1942年的冬季就算以俄國人的標準來看都異常地嚴寒。德軍因戰線過長，補給不足，戰役中消耗過大，既沒有設防禦陣地和戰役預備隊，又無在冬季條件下作戰的準備。11月上旬入冬，雖然道路能夠使用，但德軍的冬季裝備不足，由於認為在入冬前就能結束戰事。
    保暖衣服和白色偽裝服都不足，坦克和其它車輛都因為低溫而不能動彈。而蘇聯紅軍則士氣高漲。對莫斯科的蘇聯紅軍而言，情形則恰好相反。來自西伯利亞的蘇聯紅軍早已習慣了寒帶生活，有著足夠的冬季作戰裝備，他們的槍炮套上了保暖套，塗上了防凍潤滑油；有足夠的棉衣、皮靴和護耳冬帽用來防寒。
    到了1941年11月29日，德軍已成強弩之末，在各個方向上的進攻都已被遏製。此時朱可夫要求斯大林將預備隊第10集團軍，第20集團軍和第1突擊集團軍轉隸給西方麵軍。
    蘇聯在危急時刻進行了曆史上規模最大的工業轉移計劃，轉移的設備、物資超過100萬節車皮，同時從西伯利亞、中亞、遠東地區調來了25萬的精銳預備隊，以朱可夫大將為核心重組了西方麵軍的部隊和防線，組織大量婦女修築防禦工事，並派出大量攜帶炸藥和地雷的工兵分隊破壞德軍後勤補給線。
    蘇聯紅軍對德軍進行了殊死抵抗，湧現出了許許多多英雄人物和名言，比如“蘇聯雖大，但已無路可退，背後就是莫斯科”
    1941年11月7日，在德國迫近莫斯科之時，蘇聯依然按時組織了紅場閱兵，這是曆史上最著名的閱兵之一，受閱部隊在閱兵結束後直接開赴前線。
    包括斯大林在內的主要蘇聯領導人坐鎮莫斯科以表明堅守首都的決心。1941年12月6日，蘇聯發起反擊，突破德軍防禦並將其擊退200-300公裏，莫斯科會戰以蘇聯勝利而結束，德軍損失了50多萬人和大量的技術裝備，這也是不可一世的德國陸軍在二戰中第一次受到重大損失，希特勒“三個月滅亡蘇聯”的狂言徹底破滅。莫斯科局勢得以穩定
    1941年冬天，蘇聯紅軍在各條戰線上發動冬季攻勢。在南部，蘇聯紅軍越過刻赤海峽，在克裏米亞半島登陸；
    在北部，蘇聯紅軍試圖解列寧格勒的圍並且殲滅包圍列寧格勒的德軍和收複迭米揚斯克。但是由於蘇聯紅軍準備倉促不足，指揮失當，這兩個方向的攻勢均以失敗告終，蘇聯紅軍損失巨大。
    1942年5月，蘇聯又在準備不足的情況下，發起第一次哈爾科夫戰役，試圖收複哈爾科夫，但被德軍分割包圍後殲滅。同時，曼施泰因指揮的德軍席卷克裏木半島，攻克塞瓦斯托波爾要塞，並在刻赤戰役中將紅軍徹底擊潰。
    經過這次會戰，雙方開始了僵局，蘇軍也終於打破了德國人民想要滅亡整個蘇聯的企圖。