15 października armie niemieckie zbliżyły się na odległość 80 km od Moskwy. Naczelne Dowództwo Radzieckie poczyniło jednak odpowiednie przygotowania do odparcia wroga i utrzymania stolicy ZSRR. Dowództwo obrony Moskwy objął osobiście Szef Sztabu Generalnego ? generał Żuków. Na wezwanie partii i rządu setki tysięcy mieszkańców Moskwy ochotniczo wstępowały w szeregi oddziałów wojskowych oraz budowały umocnienia obronne na przedpolu miasta. Generalny atak niemiecki na Moskwę rozpoczął się 16 listopada. Za cenę dużych strat udało się Niemcom zdobyć miasta: Briańsk, Wiaźmę, Kalinki, i podejść do Moskwy na odległość 30?40 km, lecz w rejonie Tuły i Kalinina armie ich zostały zatrzymane. Próby dalszego natarcia hitlerowców zakończyły się niepowodzeniem. Od 4 grudnia Niemcy zmuszeni byli przejść do obrony na całym froncie. Tymczasem pod Moskwą gromadzono znaczne siły radzieckie do kontrofensywy. Gdy tylko impet niemieckiego natarcia został wyczerpany, wojska radzieckie przeszły 6 grudnia 1941 r. do kontrofensywy. Przyniosła im ona pomyślne rezultaty. Już pierwszego dnia opór niemiecki w wielu miejscach złamano i Niemcy zaczęli się cofać. 16 grudnia wojska radzieckie odzyskały Klin i Kalinin, a 26 grudnia ? Kaługę.
Praca partii i ofiarność całego narodu radzieckiego dały wspaniałe wyniki. W bardzo krótkim czasie, bo zaledwie w ciągu 3 miesięcy, ewakuowano 1300 wielkich przedsiębiorstw wraz z załogami i ich rodzinami oraz surowcem z terenów zagrożonych na Ural i Syberię. Umożliwiło to, mimo wielkich trudności, natychmiastowe uruchomienie ewakuowanych zakładów. Na zapleczu ludność cywilna ? robotnicy i kołchoźnicy ? pracowała dla frontu z niezwykłym poświęceniem. Dziesiątki tysięcy robotników wykonywało podwójne normy. Socjalistyczne rolnictwo ? kołchozy i sowchozy ? dostarczało krajowi i armii dostateczną ilość produktów żywnościowych. Bohaterski wysiłek narodu radzieckiego coraz bardziej wzmacniał siły Armii Radzieckiej. Na zapleczu formowały się nowe pułki i dywizje, które w szybkim tempie skierowywano na front. Początkowe powodzenie na froncie wschodnim oszołomiło Hitlera. Nie doceniając rezerw materialnych i militarnych ZSRR liczył on, że uda mu się w ciągu 1941 r. ostatecznie zwyciężyć ZSRR. Kluczem do całkowitego zwycięstwa miało być zdobycie Moskwy. Uważano, że będzie to równoznaczne ze zwycięskim zakończeniem wojny.
Wojska radzieckie znajdujące się nad granicami zostały zaskoczone. Umożliwiło to Niemcom uchwycenie inicjatywy strategicznej na całym froncie i błyskawiczne posuwanie się w głąb ZSRR. Próby zatrzymania natarcia wojsk hitlerowskich na przypadkowych, nie przygotowanych do obrony rubieżach na ogół nie dawały rezultatów. Nie oznacza to, że wojska niemieckie wszędzie, na wszystkich odcinkach posuwały się z jednakową szybkością. Na niektórych bowiem wojska radzieckie stawiały skuteczny opór zadając Niemcom ciężkie straty. Silny i mężny opór stawił nieprzyjacielowi garnizon twierdzy brzeskiej składający się zaledwie z trzech batalionów piechoty. Hitlerowcy zajęli miasto, odcięli twierdzę od połączenia z zapleczem, poszli daleko naprzód, a na ich głębokich tyłach trwały jeszcze walki. Ten opór trwał 17 dni. Niemcom udało się wejść do twierdzy dopiero po całkowitym jej zniszczeniu. W podziemiach twierdzy trwały jednak nadal walki. Resztki garnizonu przestały walczyć dopiero w dwudziestym drugim dniu wojny.
Niemcy liczyli, że uda im się zwycięsko zakończyć wojnę w ciągu 6?8 tygodni. Rozbicie wojsk radzieckich miało nastąpić przy pomocy głębokich uderzeń formacji pancernych wspartych dużymi siłami lotnictwa. Błyskawiczne rozwinięcie tych uderzeń w głąb ZSRR miało uniemożliwić mobilizację i koncentrację Armii Radzieckiej na głównych kierunkach operacyjnych. Dowództwo radzieckie na wypadek wojny przewidywało rozwinięcie 15?16 armii liczących razem 158 dywizji. Siły te miały osłonić mobilizację i koncentrację głównych sił Armii Radzieckiej w liczbie około 300 dywizji, które by przeszły do działań zaczepnych i rozgromiły agresorów. 22 czerwca na ogromnym froncie od Morza Czarnego do Morza Bałtyckiego armie niemieckie zaatakowały wojska radzieckie i w wielu punktach przekroczyły granice ZSRR. Równocześnie, lub w kilka dni później, rozpoczęły agresywne działania wojenne przeciw ZSRR inne armie ? włoska, rumuńska, fińska, węgierska i słowacka. Łącznie siły nieprzyjaciela biorące udział w ataku na ZSRR liczyły początkowo 208 dywizji.
W latach bezpośrednio poprzedzających wybuch wojny niemiecko-radzieckiej w ZSRR wzmożone przygotowania obronne. Były one jednak niewystarczające do odparcia agresora u samych granic. W nadgranicznych okręgach wojskowych nie zakończono w porę formowania i koncentrowania sił, które można by było przeciwstawić wielkim zgrupowaniom strategicznym nieprzyjaciela. Trzeba również wziąć pod uwagę fakt, że w latach przedwojennych znaczna liczba doświadczonych dowódców i pracowników politycznych, zwłaszcza na wyższym szczeblu, padła ofiarą represji wskutek działalności wrogich elementów, jakie przedostały się do organów bezpieczeństwa. Młode kadry, które stanęły na czele jednostek i zgrupowań, często nie posiadały jeszcze dostatecznej wiedzy i doświadczenia. Wyżej wymienione czynniki były główną przyczyną niepowodzeń, jakich doznały wojska radzieckie w początkowym okresie wojny. Duże znaczenie miał również fakt, iż Niemcy napadły podstępnie na ZSRR, łamiąc zobowiązania wynikające z paktu o nieagresji. Związek Radziecki jednak, w porównaniu z innymi napadniętymi państwami, był najlepiej przygotowany do wojny z Niemcami. Przygotowania te rozwinięto zwłaszcza z chwilą napaści Niemców na Polskę. M. in. Związek Radziecki wzmocnił się w wyniku wprowadzenia władzy radzieckiej na Litwie, Łotwie i Estonii i wejściem tych krajów jako nowych republik radzieckich w skład ZSRR. W wyniku wojny z Finlandią znacznie ulepszono stan obronny północno-zachodnich granic ZSRR, z Leningradem włącznie. W lecie 1940 r. Związek Radziecki odzyskał od Rumunii Besarabię. Pozycje obronne Armii Radzieckiej w 1941 r. były więc dużo lepsze niż np. w 1939 r.