除了德國，意大利、匈牙利和羅馬尼亞軍隊也應希特勒的要求進攻蘇聯。另壹個參與攻擊蘇聯的國家是芬蘭。由於蘇聯在建立“東線”時入侵芬蘭，占領了芬蘭的部分土地，芬蘭於6月25日1941宣布收回兩年前在冬季戰爭中失去的土地。芬蘭在收復了戰爭初期被蘇聯占領的土地後停止了進攻。此外，芬蘭軍隊還參與了列寧格勒的圍攻。這場被稱為“繼續戰爭”的沖突壹直持續到1944。
戰爭的最初幾周對蘇聯紅軍來說無疑是壹場災難。由於斯大林對進攻德國的時間和方向估計嚴重錯誤，加上在斯大林的反革命行動中，多名紅軍將領被打死或流放，蘇聯對德意誌帝國的閃電戰猝不及防，導致蘇聯在戰爭初期損失慘重。蘇聯戰前建立的“東線”被德國坦克碾過，大片土地丟失。白俄羅斯首都明斯克、烏克蘭首都基輔等主要城市相繼被德國占領，蘇聯第二大城市列寧格勒(今聖彼得堡)也被包圍，德軍兵臨莫斯科城下。值得壹提的是，在1941的基輔保衛戰中，蘇軍西南軍在基輔被大規模圍剿，被俘蘇軍僅60萬。這場戰役也是人類歷史上最大規模的包圍殲滅戰，導致蘇軍西南防線崩潰。
雖然德國人壹開始打得非常好，但巴巴羅薩計劃本身存在重大漏洞，其中最嚴重的是後勤供應。蘇聯土地遼闊，意味著如果德軍動作太快，後勤補給就無法及時跟上。因此，盡管6月初克裏姆林宮在望19411，蘇聯政府和外國使館已遷至莫斯科以東800公裏的古比雪夫(今薩馬拉)，斯大林仍照常於6月165438+10月7日在紅場舉行十月革命日閱兵式，受閱部隊剛剛接受完畢。到194112月5日德軍攻勢停止時，他們的後勤補給線已經到了極限。再加上前線後方蘇軍遊擊隊的不斷破壞，前線部隊的攻勢難以為繼，德軍不可戰勝的神話破滅了。當巴巴羅薩計劃最初制定時，人們認為蘇聯紅軍將在冬天到來之前崩潰，但實際情況是蘇聯軍隊總是能夠組織有效的抵抗。這個錯誤的估計嚴重影響了德國的計劃。再加上蘇軍撤退時采取了焦土，而且壹直堅守，使得德軍的後勤問題更加突出。冬天來了，由於蘇聯的寒冬和蘇聯的反攻，大批德軍士兵死亡。
德軍雖然因為補給不足和寒冬最終不得不停止進攻計劃，但仍然占領了蘇聯西部大片領土，蘇聯直到1944年底才完全收復失地。
當德軍占領蘇聯東歐大部分土地的時候，這場戰爭最大的悲劇開始了:列寧格勒圍城戰。當德意誌帝國和芬蘭的軍隊分別從南方和北方抵達列寧格勒外圍時，希特勒下令，必須將列寧格勒“從地球上清除”，並消滅城內所有人口。德軍開始包圍列寧格勒，切斷外界的救援物資，同時遭到空軍的炮擊和轟炸。圍城持續了900天，在饑餓、寒冷和恐懼的氛圍中，約1萬平民死亡——其中80萬人死於饑餓；但是列寧格勒從未向納粹屈服。著名音樂家肖斯塔科維奇寫下了舉世聞名的《第七交響曲》(又稱《列寧格勒交響曲》)，以展現蘇聯軍民在列寧格勒保衛戰中的英勇鬥爭以及他們為此付出的巨大犧牲。
在忍受了1941年底和0942年初的寒冬之後，德軍開始準備進壹步的進攻行動。進攻高加索和伏爾加格勒的斯大林格勒(今伏爾加格勒)。德軍從未完全占領這座城市，在進攻中損失慘重。
希特勒的優柔寡斷，高級將領對改變計劃的不滿，漫長的補給線以及蘇聯的頑強抵抗，使得斯大林格勒的巷戰成為德國士兵的噩夢。蘇聯紅軍發起反攻時，德軍20個師(還有2個羅馬尼亞師)被切斷退路，德軍第六軍被完全圍困。隨著食物、燃料和彈藥的消耗，德軍陣地越來越小，直到1943年初德軍最後壹部分投降。為了保證前線軍官不會投降，希特勒將第六集團軍司令弗裏德裏希·保盧斯提升為陸軍元帥(從來沒有德國陸軍元帥投降過)。保盧斯沒有投降，但他沒有“戰鬥到最後壹兵壹卒，壹槍壹彈”，被蘇軍俘虜。斯大林格勒戰役作為歷史上最血腥的戰役載入史冊。雙方損失慘重，約200萬人喪生，其中包括50萬平民。這場戰役和中途島海戰成為二戰最重要的轉折點。
斯大林格勒戰役後，德軍逐漸失去了戰場主動權，而蘇軍卻因為戰爭損失巨大而沒有形成有效的進攻力量。從1943開始，蘇軍在戰場上逐漸轉向反攻。1943年夏，蘇德兩軍在庫爾斯克投影集結，曼施泰因將軍率領的德軍準備發動大規模進攻，庫爾斯克戰役打響。庫爾斯克戰役是德軍在東線的最後壹次大規模進攻，也是歷史上最大的坦克戰。由於蘇聯提前獲得了情報，對庫爾斯克突出部的防禦進行了大規模的規劃。在他們的抵抗下，德軍裝甲部隊最多只推進了17英裏。戰鬥以蘇聯勝利結束後，紅軍始終控制著戰爭的主導權，發動了壹系列猛烈的攻勢(蘇聯歷史上稱為十次突擊)，直至6月2日占領柏林，1945。