Adolf Hitler je 31. jula1940. upoznao najuži komandni vrh Wehrmachta sa svojom namjerom da napadne Sovjetski Savez, te je zadužio vojni Glavni štab da izradi prijedlog operativnog plana. Izrada navedene studije povjerena je general majoru Erichu Marcksu, načelniku Štaba 18. vojske.
Studija je predočena Hitleru 4. avgusta 1940. te je na temelju nje izrađena Uputa broj 21 kao opći plan operacije Barbarossa koju je Hitler potpisao 18. decembra 1940. godine. Opći plan operacije Barbarossa predviđao je uništenje sovjetskih snaga u početnoj fazi operacije nizom smjelih prodora oklopnih jedinica.Povlačenje snaga Crvene armije trebalo je spriječiti po svaku cijenu, uništenjem snaga u okruženju.
U narednoj fazi Operacije predviđeno je gonjenje razbijenih snaga Crvene armije do crte Volga-Arhangelsk. Nadalje, Uputom je predviđeno da se paralelno s uništenjem kopnenih snaga Crvene armije isto mora učiniti sa avijacijom i Baltičkom flotom.
Sve pripreme za operaciju trebalo je završiti do 15. maja 1941. godine. Na temelju općih zadaća iz Upute 21, Glavni štab izvršio je definiranje glavnih ciljeva Operacije u svom Provedbenom planu borbenih djelovanja. Plan je polazio od toga da se glavni udar izvrši sjeverno od Pripjatskih močvara, gdje je trebalo angažirati dvije vojne grupe.
Srednja vojna grupa, ojačana oklopnim i motoriziranim snagama, trebala je napredovati iz područja Vargave prema Bjelorusiji.
Time će se stvoriti mogućnost da Srednja vojna grupa skrene svoje snage u smjeru sjevera, kako bi u zajedničkom djelovanju sa Sjevernom vojnom grupom (koja napreduje iz smjera Istočne Pruske prema Lenjingradu) uništila snage Crvene armije na Baltiku. Poslije toga trebalo je zauzeti Lenjingrad, a zatim nastaviti napredovanje prema Moskvi. Istovremeni udar na oba cilja (Lenjingrad i Moskvu), piše u planu Glavnog štaba, može doći u obzir samo u slučaju neočekivano brzog popuštanja odbrane Crvene armije.
Južna vojna grupa ima zadaću stvaranja dvostrukog obuhvata i da grupiranjem svojih snaga na krilima obuhvati sovjetske snage u Ukrajini (zapadno od Dnjepra) s glavnim smjerom napredovanja od Lublina prema Kijevu, a pomoćnim s rumunske granice prema donjem toku rijeke Pruta.
Po uspješnom okončanju operacija sjeverno i južno od Pripjatskih močvara, na sjeveru treba započeti napredovanje prema Moskvi, a na jugu prema području Donjecka. Navedeni Provedbeni plan prihvatio je Hitler 3. februara.
U međuvremenu je nastavljeno s izvršavanjem pripremnih radnji, tako je, između ostalog, održan cijeli niz komandno-štapskih igara na temelju kojih se pokušao do kraja provjeriti Plan. Tokom marta i aprila 1941. došlo je do manjih promjena originalnog plana i to u odnosu na angažman Vojne grupe.
Tako je ideja dvojnog obuhvata napuštena, a okruženje sovjetskih snaga trebalo je izvršiti u Ukrajini samo obuhvatom sa sjevera, dok je zadaća njemačko-rumunskih snaga na rumunsko-sovjetskoj granici bila vezivanje sovjetskih snaga i sprečavanje njihovog mogućeg prodora u Rumuniju.
Temeljna ideja Operativnog plana išla je na uništenje sovjetskih snaga sjeverno od Pripjatskih močvara, te stvaranjem slobodnog puta prema glavnom strateškom cilju – zauzimanju Moskve. Za realizaciju navedenih ciljeva ustrojene su tri vojne grupe: Sjever (general feldmaršal Wilhelm von Leeb) s podređenom 16. vojskom (generalpukovnik Ernst Busch), 18. vojskom (general pukovnik Georg von Kuchler,) i 4. oklopnom grupom (general pukovnik Erich Hoepner), Sredina (general feldmaršal Fedor von Bock) s podređenom 4. vojskom (general pukovnik Gunther Kluge), 9. vojskom (general pješadije Adolf Strauss), 2. oklopnom grupom (general pukovnik Heinz Guderian) i 3. oklopnom grupom (general pukovnik Hermann Hoth, te Jug (general feldmaršal Gerd von Rundstedt) s podređenom: 6. vojskom (general feldmaršal Walter von Reichenau), 11. vojskom (general pukovnik Eugen von Schobert), 17. vojskom (general pješadije Carl-Heinrich Stillpnagel) i 1. oklopnom grupom (general pukovnik Ewald von Kleist). Navedenim snagama su se kasnije pridružile i 3. i 4. rumunska vojska, dvije mađarske pješadijske divizije i italijanski ekspedicijski korpus. U 3 sata i 15 minuta, 22. juna 1941. godine, na ratištu od Baltičkog do Crnoga mora pokrenuta je najveća kopnena operacija u istoriji ratovanja.
Artiljerija je otvorila vatru na sovjetska pogranična utvrđenja, a Luftwaffe je pokrenuo bombardiranje sovjetskih zračnih luka, saobraćajnica, te mjesta okupljanja sovjetskih jedinica. U 6 sati ujutro pokrenut je kopneni napad. Već prije podne prvog dana njemački oklopni klinovi prodrli su 15 do 20 kilometara u sovjetsku teritoriju.
U međuvremenu su sovjetske snage (uglavnom oklopne) poduzele cijeli niz nekoordiniranih protivnapada na njemačke snage koje su ih sve redom odbile bez većih problema i gubitaka. Do 25. junaa navečer, 4. oklopna grupa prodrla je 125 kilometara, 3. oklopna grupa 230 kilometara, a 2. oklopna grupa 200 kilometara u dubinu protivničke teritorije.
Sljedećeg dana, 4. oklopna skupina izbija na Zapadnu Dvinu, a 18. vojska 1. jula ulazi u Rigu, a 9. jula u Pskov. Oklopna snage Vojne grupe Sredina (2. i 3. oklopna grupa) 28. Juna spajaju se kod Minska i time zatvaraju ogromno okruženje oko sovjetskih snaga. Međutim, dio sovjetskih snaga uspio se probiti kroz okruženje, budući da njemačke pješadijske jedinice jednostavno nisu mogle pratiti tempo oklopnih i motoriziranih divizija. Do 8. jula sovjetske snage u okruženju su uništene, a Nijemci su zarobili 290.000 vojnika, 1.500 topova i 2.500 tenkova. Vojna grupa Jug je prodirala smjerom Luck – Žitomir – Kijev i iz sjeverne Besarabije prema Mogiljov-Podoljskom, s ciljem da okruži sovjetske snage na izbočini Lvov- Cernovici. Prva oklopna grupa u svom nezaustavljivom napredovanju prvo je 8. jula ušla u Berditev, a sljedećeg dana u Žitomir i produžila napredovanje prema Kijevu.
Do 10. jula, Vojna grupa Sjever napredovala je u sovjetsku teritoriju 450 kilometara, Vojna grupa Sredina prema Moskvi 550 kilometara, a i Vojna grupa Jug prema Kijevu 300 kilometara. Od 10. jula 1941. njemačke snage na Istočnom frontu krenule su u novi napad. Oklopne snage Vojne grupe Sredina u toku svog napredovanja kod Mogiljova razbijaju i okružuju jednu sovjetsku vojsku, da bi 16. jula izbile u Jarcevo, istočno od Smolenska. Presijecanjem ceste Smolensk Moskva, snage triju sovjetskih vojski našle su se u okruženju. Nijemcima će trebati do 10. septembra 1941. da u potpunosti unište okružene snage i u zarobljeništvo odvedu još 300.000 sovjetskih vojnika.
Tokom borbi oko Smolenska, došlo je do prvog razmimoilaženja između Hitlera i generala u vezi sa strategijom nastavka Operacije. Dok je vojni vrh (von Brauchitsch i Halder) uz podršku najeminentnijih komandanata s ratišta (Bock, Hoth, Guderian…) tražio što brži nastavak napredovanja prema Moskvi, Hitler je obrazlagao da Moskva za njega nema strateškog značenja, nego da su mu važniji privrednii ciljevi (zauzimanje Ukrajine i Donjeckog industrijskog bazena) i da zbog toga treba prenijeti operacije na krilne vojne grupe. Zatim je, pozivajući se na navedene razloge, 15. avgusta 1941. naredio da se 2. oklopna grupa i 2. vojska iz sastava Vojne grupe Sredina podrede Vojnoj grupi Jug – radi bržeg prodora prema Kijevu i Umanu.
Zatim je 20. avgusta ponovio svoju naredbu, s tim da je Vojna grupa Sredina trebala zaustaviti svoje napredovanje i prijeći u odbranu, dok je Vojna grupa Sjever trebala nastaviti prodor prema Lenjingradu i spojiti se s finskim snagama, a Vojna grupa Jug nastaviti prodor prema Donjeckom bazenu s glavnim ciljem zaposjedanja Krima, čime bi se otklonila opasnost za izvore nafte u Rumuniji.
U međuvremenu je Vojna grupa Sjever s lijevokrilnom 18. vojskom do kraja jula prodrla između Riškog zaljeva i Cudskog jezera na Finski zaljev. Ostatak snaga Vojne grupe Sjever nastavio je napredovanje južno od Cudskog jezera u smjeru sjevera i istoka da bi do 7. avgusta izbili na liiju rijeka Lug jugozapadno od Lenjingrada, duž rijeke Lovat do Velikije Luki, te je time poravnato ratište vojnih grupa Sjever i Sredina.
Vojna grupa Jug usmjerila je glavne snage u smjeru Kijeva, te je 1. oklopna grupa izbila na 20-ak kilometara od tog grada. Međutim, tu je zaustavljena snažnom odbranom, ali Nijemci odmah prebacuju težište napada na jug, što dovodi do okruženja sovjetskih snaga kod Umana (zarobljeno 103.000 sovjetskih vojnika).
Nakon okončanja bitke kod Umana, 1. oklopna grupa nastavila prodor u smjeru sjevera i ostvaruje kontakt s 2. oklopnom grupom kod Kijeva, što dovodi do formiranja najvećeg okruženja u vojnoj istoriji – okružena je čitava sovjetska vojna grupa (Jugozapadno ratište s pet vojski). Borbe za eliminaciju okruženja trajat će od 23. avgusta do 26. septembra 1941., a završit će predajom nevjerovatnog broja od 665.000 vojnika (u trenutku okruženja, Jugozapadno ratište imalo je 850.000 vojnika, 3.923 topa, 114 tenkova i 167 avion) – samo 15.000 sovjetskih vojnika uspjelo se probiti iz okruženja, a 170.000 ih je poginulo ili nestalo tokom borbi u okruženju).
Završetak bitke za Kijev može se smatrati krajem operacije Barbarossa. Hitler je 6. septembra 1941. izdao prve naredbe za pripremu napada na Moskvu, što je označilo novu fazu u ratu na Istoku.
