另外苏军在斯大林的大清洗之下也遭到了极大削弱，现任的军官积极缺乏作战指挥能力，和作战相比他们更擅长的是喊口号。在战争的头一周，德军凭借突然进攻、武器装备上的优势、军队早已动员和集中并有作战经验等优势，打得极其顺手，中央集团军群已推进到白俄罗斯都明斯克{mnhck}，南方集团军群的前锋，已近至通向基辅的接近地，北方集团军群，已经渡过西德维纳河。
面对有备而来的德军，苏军猝不及防，苏联政府虽然采取紧急措施，把前沿军区改为方面军，成立了苏军统帅部，但由于大量工作未能抢在战争爆之前就绪，因而在战争开始时严重失利，由于苏军装备陈旧，指挥人员素质较差，对敌主攻方向判断失误等原因，致使战争初期，便有28个师被全歼，7o个师人员武器损失过半。在苏德战争的头18天，苏联损失2ooo列火车的军火，3ooo门大炮，2ooo架飞机，15oo辆坦克，以及3o万苏军被俘。德国的进攻取得了惊人的成功，苏联完全被德国的突然闪电式的进攻给打懵了。
德军在占领明斯克后，7月15日，通过激烈战斗，攻占了苏联都莫斯科的门户斯摩棱斯克{cmoлehck}，合围了苏军十几个师，切断了苏联西部最重要的交通干线明斯克－莫斯科公路，并将德军中央集团军群的司令部设在此地。而此时德军离莫斯科仅有38o公里了。截止到此时德军的进攻还是相当顺利，苏联在德国的打击毫无还手能力。
这时德军犯了一个可能是事关全局的错误，德军分调部分进攻莫斯科的中央集团军群主力进攻南方的基辅，以占领苏联的粮仓——乌克兰。当时的情形是德意志国防军在巴巴洛萨行动开始后，在北部及中部战线获得了巨大的成功，只是在南方留下一个巨大的突出部，在这里有一支庞大的红军，包括几乎整个西南方面军，在乌曼战役中虽然取得很重大的胜利，但大部份红军在谢苗·布琼尼的指挥下仍然留在基辅一带，虽然由于大部份装甲力量已在乌曼战役中被消灭，他们因此缺乏装甲及机动力量，不可能再威胁德军的进攻。但在当时这仍然是红军在东线的最大一支部队，这样的存在让德国方面寝食难安。
8月底，德意志国防军最高统帅部面临抉择，向莫斯科继续进攻或消灭南面的苏军，由于南方集团军没有足够力量包围及消灭敌军，中央集团军需要提供支持以完成任务，经过争论后，第2装甲集团及第2军团从中央集团jun zhuǎn属南方集团军及向南推进，在基辅以东与南方集团军进攻部队会合。
德军深远的正面突击和随后的翼侧突击，把方面军割裂成几个孤立集团。基辅西北该方面军右翼的第5集团军，在科罗斯坚筑垒地域阵地战斗约一个半月，以其行动牵制德军共约1o个师。该集团军对直接进攻基辅的德军集团翼侧实施的反突击，大大改善了守城苏军的处境。遵照最高统帅部大本营的指示，集团军在8月下旬退守基辅以北新的防御地区。第6、第12集团军及第18集团军一部共2o个师在基辅西南、方面军左翼进行苦战。
苏军的顽强抵抗和多次反突击，使“西南”集团军群左翼的进攻受到长时间的迟滞，迫使德军统帅部从莫斯科方向调“中央”集团军群的一大部分兵力——第2集团军{司令为魏克斯上将}和坦克第2集群{司令为古德里安上将}来对付西南方面军。德军的计划是，坦克第2集群从图比齐夫斯克以西渡过杰斯纳河向南挺进，直插基辅后方的罗姆内；第2集团军从戈梅尔向南运动，掩护坦克第2集群的右翼；坦克第1集群则从第聂伯河河湾上的克列缅丘格向北进攻，与坦克第2集群在罗姆内和洛赫维察地区会合，把第聂伯河西岸的苏军切断在大河曲一带；第17集团军负责把苏军牵制在切尔卡瑟以北第聂伯河河湾，同时掩护坦克第1集群的左翼；第6集团军向东，渡过第聂伯河，进入基辅，并开始围歼这批苏军重兵集团。
8月8日，德军坦克第2集群和第2集团军开始向斯塔罗杜布、科诺托普方向和戈梅利、切尔尼戈夫方向展进攻。此时，苏军识破了德军企图，于8月19日命令将西南方面军各集团军撤至第聂伯河对岸，沿东岸组织防御。在西岸，苏军仅应坚守基辅地域的阵地。为了掩护方面军右翼，由其他地段撤下来的兵团重新组建的第4o集团军，在科诺托普以北沿杰斯纳河展开。大本营责成布良斯克方面军防止德军从北面突向西南方面军后方。但该方面军未能完成所受领的任务和阻止德军的翼侧运动。9月初，德军进抵杰斯纳河，并在绍斯特卡、科罗普、维布利等地域进行了强渡。9月1o日，坦克第2集群先遣部队在西南方面军后方夺取了罗姆内市。
在苏军西南方面军南翼，德军于9月11日强渡了第聂伯河，并在克列缅丘格地域夺取了一个登陆场。在此地行动的第38ji tuán jun{由大本营预备队转隶该方面军}未能清除这个登陆场。9月12日，坦克第1集群从该登陆场向卢布内总方向起进攻。苏军此时面临被合围的危险，苏军西南方面军司令员基尔波诺斯上将为保存苏军有生力量，不顾被送上军事法庭的危险，自行下令部队全线后撤，但这一命令却很快被苏军最高统帅部给撤销了，苏军最高统帅反而要求西南方面军要实施更加积极的战术，对德军起fǎn gong。苏军错过了最后时机。9月15日，由于布良斯克方面军的叶廖缅科未能实现他向斯大林作出的“粉碎古德里安”的保证，古德里安与克莱斯特的装甲集群在洛赫维察会师，西南方面军被德军合围。于是，西南方面军4个集团军，即第21{9月6日由布良斯克方面jun zhuǎn隶西南方面军}、第5、第37、第26集团军，陷入了合围。
西南方面军的部队迅被德军分割包围，陷入了一片混乱。9月17日，斯大林让苏军总参谋长苏联元帅沙波什尼科夫下令同意西南方面军突围，但为时已晚。9月19日，基辅陷落。西南方面军在被合围中继续战斗。为其解围的尝试由于兵力不足而无结果。仅部分军队得以分成小群向围，共有15万官兵最后得以突出德军重围。9月2o日，方面军司令基尔波诺斯上将、jun shi wěi yuán hui委员布尔米斯坚科和参谋长图皮科夫少将在突围战斗中阵亡，第5集团军司令波塔波夫坦克兵少将被俘，9月26日，西南方面军基本被歼。在27日剩余的苏联红军残部在接替布琼尼指挥的苏联元帅铁木辛哥率领下退往别洛波利耶、希沙基、克拉si nuo格勒一线组织坚固防御的任务。
这场战役中苏军损失约7o万人，有665ooo人被俘，德军击毁或缴获884辆坦克，3718门火炮，35oo辆车辆，可谓战果辉煌。德军亦损失1o万余人。在西南集团军群在基辅战役取得重大胜利的时候，9月，北方集团军群已经占领立陶宛、拉脱维亚和爱沙尼亚全部，进抵列宁格勒近郊，并联合芬兰军队完全封锁了列宁格勒，开始了持续达9oo天的列宁格勒保卫战。德军虽然在南方和北方取得重大胜利，但在北路列宁格勒却陷入了长时间的拉锯战，而中路因为一大部分兵力被抽调到西南方向，而错过了进攻莫斯科的最好时机，同时错过了一举击溃苏联的最佳机会。