1941年6月22日，納粹德國突然對蘇聯發動戰爭，德軍以閃電戰快速深入蘇聯領土。大批蘇軍被德軍的裝甲部隊分割包圍後，遭到殲滅。此後德軍兵分三路，中央叢集主攻莫斯科方向。蘇軍在斯摩稜斯克頑強阻擊德軍，遲滯了德軍的進攻勢頭。古德里安的裝甲叢集已經到達莫斯科外圍，但希特勒卻命令他參加對基輔方向的攻擊。

1941年9月，德軍佔領明斯克和基輔後，再次集中兵力向莫斯科發動進攻。德國統帥部和中央叢集協商制定出了攻佔莫斯科的“颱風計劃”，德軍北方和南方叢集的部分部隊也調到莫斯科方向。德軍第2集團軍突破了蘇聯第50集團軍的防線，於1941年9月攻佔布良斯克，10月3日又拿下了奧廖爾。

蘇軍的西方面軍和預備隊方面軍，在莫斯科以西的維亞濟馬方面進行了艱苦的防禦戰。但最終被德軍包圍，大部分被殲滅，只有小部分成功突圍，另有一部分在敵後打游擊。10月23日，蘇軍的布良斯克集團軍大部分被德軍殲滅，58萬蘇軍被俘，只有85000人突出重圍。

10月下旬，是俄羅斯的秋雨季節，泥濘的道路阻礙德軍進攻，許多車輛都陷入泥中難以動彈，要用坦克拉出。德軍共180萬進攻莫斯科，而蘇軍只有125萬人。蘇軍在頑強抵抗德軍進攻的同時，重新組建第5、16、43、49四個集團軍，並抽調了14個步兵師、16個坦克旅和40多個炮兵團，參加莫斯科保衛戰。

到11月初，蘇軍又向莫斯科增加了10萬軍隊，300輛坦克，2000多門火炮。經過11月底到12月初的頑強防禦和多次反突擊，蘇軍頂住了德軍的進攻，並開始發動反擊。1941年11月16日到12月5日，德軍在莫斯科就有15.5萬多人死傷，還損失了800多輛坦克、300多門火炮、1500多架飛機。

1941年12月5日，蘇軍第30集團軍轉入反攻，德軍裝甲叢集側翼遭到強烈打擊，被迫向克林方向撤退。12月6日，希特勒下令德軍在莫斯科方向，由進攻轉入防禦。蘇軍先後解放了羅加切沃，伊斯特拉，克林，加里寧等多個重要城市。1942年1月，德軍撤退到100至250公里以外。

德軍共有38個步兵師，15個坦克師和摩托化師遭重創，死傷超過50萬人。蘇軍傷亡和被俘人員，超過70多萬人，但最終贏得了莫斯科保衛戰的勝利。德軍在莫斯科戰役中遭到慘重失敗，除了因為遭遇俄羅斯極其嚴寒的天氣，還跟日本這個豬隊友有關。德軍入侵蘇聯後，德國希望盟友日本能從東線發動進攻，跟德軍東、西合擊蘇聯。

日本軍部一直就有北上或南下的戰略選擇。1939年，日本關東軍跟蘇聯在諾門坎發生戰鬥，日軍損失慘重，此次戰役之後，日本已打消了進攻蘇聯的意圖。1941年，莫斯科保衛戰期間，蘇聯情報部門已獲得了日軍將南下進攻東南亞的軍事計劃，才放心大膽地將數十萬部署在遠東的精銳部隊，抽調到莫斯科，參加對德軍的反攻。