План нападу на СРСР, що дістав назву «Барбаросса», був підписаний Гітлером ще в грудні 1940 р. У своїх розрахунках німецьке командування виходило з організації блискавичного удару, що передбачав швидку і повну перемогу над супротивником упродовж однієї кампанії.
Здійснення плану «Барбаросса» розпочалося на світанку 22 червня 1941 р. Три групи армій – «Північ», «Центр» і «Південь», – загальною чисельністю близько 5,5 млн чоловік, одночасно повели наступ, відповідно, через Прибалтику на Ленінград, через Білорусію на Москву, і на Київ. Поряд їз німецькими арміями в наступі на Україну брали участь війська німецьких союзників – Румунії та Угорщини.
Незважаючи на мілітаристський характер радянської держави, до війни вона виявилася не готовою. Уже в перші дні боїв Червона армія зазнала великих втрат і почала відступати. Арміям групи «Південь» в Україні протистояли війська Київського особливого округу й Одеського військового округу. Задля більш ефективної оборони їх реорганізували в Південно-Західний фронт (командувач Михайло Кирпонос) і Південний фронт (командувач Іван Тюленєв). Відчайдушну спробу зупинити ворога в районі Броди-Луцьк-Рівне здійснили танкові з’єднання Південно-Західного фронту. Кілька днів (23-27 червня) тривали запеклі танкові бої, але незважаючи на втрати, ворог продовжував наступати.
У серпні противник просунувся до Дніпра і Чорного моря. Бої велися на підступах до Києва. У щільній облозі опинилася Одеса. Навколо столиці України було створено три лінії оборони, усі атаки на місто із заходу були відбиті. Причому агресор утратив близько 100 тис. людей. На деякий час ворог припинив спроби заволодіти Києвом за допомогою лобового удару.
Глибоким танковим проривом, наприкінці липня гітлерівці зуміли оточити в районі Умані частини 6-ї і 12-ї армій Південно-Західного фронту. І надалі такий стратегічний маневр застосовувався командуванням вермахту впродовж всього періоду наступу.
Користуючись стратегічною ініціативою і прорахунками радянського командування, гітлерівці здійснили план оточення головних сил Південно-Західного фронту. З території Білорусії на Україну перекинули частину військ групи «Центр» – 2-гу польову армію і 2-гу танкову групу генерал-полковника Ґудерінана.
Одночасно сили 1-ї танкової групи генерал-фельдмаршала Клейста форсували Дніпро в районі Кременчука. Рухаючись назустріч одна одній, танкові колони зустрілися в районі Лохвиці на Полтавщині (15 вересня), тим самим замкнувши кільце оточення 5, 21, 26 і 37-ї радянських армій, загалом 663 тис. червоноармійців. У боях загинув генерал-полковник Кирпонос, начальник штабу фронту Михайло Бурмистренко і багато інших вищих військових керівників. 19 вересня німці увійшли в Київ.
Тяжка поразка під Києвом віддала Україну в руки ворогів. Упродовж жовтня гітлерівці заволоділи Лівобережжям. 24 жовтня радянські війська залишили Харків, 26 – Сталіно (Донецьк).15 жовтня припиналася героїчна оборона Одеси. Евакуація оточеного з усіх боків міста здійснювалася морем.
До середини листопада був окупований Крим. Тримався тільки Севастополь – головна база радянського Чорноморського флоту. Всі спроби здобути місто штурмом закінчувалися для німців невдачами і великими втратами.
Наприкінці осені німецькі війська контролювали великі обшири радянської території утім почали проявлятися перші ознаки виснаження переможного наступу. Так у листопаді – грудні 1941 р. провалилася операція по захопленню Москви. 5 грудня під Москвою Червона армія перейшла у контрнаступ і відкинула противника на відстань од 100 до 250 км. Таким чином, здійснення плану «Барбаросса» було зірвано. Розвиваючи успіх, почали контратакувати і війська Південно-Західного та Південного фронтів. У січні 1942 р. сили 6, 12, 21 і 58-ї армій повели наступ у районі Ізюм – Барвінкове – Лозова з метою повернути Харків, вийти на Дніпро і ліквідувати харківське та донбаське угруповання противника. Але, просунувшись на захід на 90 км, наступаючі війська зупинилися за браком сил. Втім, удалося втримати плацдарм, так званий «Барвінківський виступ».
У Криму перед самим новим 1942 роком частинами 44-ї і 55-ї армій та кораблями Чорноморського флоту було проведено десантну операцію зі звільнення Керченського півострова. На захопленому плацдармі розгорнулися сили Кримського фронту. Десантна операція відволікла частину військ противника від облоги Севастополя.
У квітні 1942 р. активні бойові дії зупинилися. Ситуація на фронтах стабілізувалася й обидві сторони почали готуватися до літньої кампанії. З новою силою війна спалахнула в травні. Радянське керівництво очікувало, що гітлерівці вдадуться до нового удару на московському напрямку. Помилково розрахувавши співвідношення сил на півдні Сталін віддав наказ про наступ під Харковом. Це обернулося жорстокою поразкою військ Південно-Західного фронту, що ними командував маршал Семен Тимошенко. Ударами з півдня та півночі німці взяли в лещата 6-у, 9-у і 57-у армії, які наступали з Барвінківського наступу. В полон потрапило 240 тис. червоноармійців (29 травня). У Криму 8 травня перейшла в наступ 11-а німецька армія. До 20 травня гітлерівці знову заволоділи Керчю, завдали вагомих втрат радянським військам і змусили їх відступити на Таманський півострів. Поразка Червоної армії в Криму вирішила долю Севастополя. 4 липня після 8-місячного опору захисники залишили місто.
Після рішучих перемог під Харковом і в Криму, 28 червня гітлерівці перейшли в широкомасштабний наступ на південній ділянці німецько-радянського фронту. У липні було завершено окупацію Донбасу. 22 числа цього місяця німці ввійшли в місто Свердловськ Ворошиловградської (Луганської) області, останнє на території України. Одночасно було зайнято все правобережжя Дону. Далі 17-а польова і 1-а танкова гітлерівські армії повели наступ на Кавказ, а 6-а польова і 4-а танкова – з боями вийшли на Волгу в районі Сталінграда. Бої за Сталінград у серпні – листопаді 1942 р. мали вирішальне значення у війні. Адже втрата цього міста відрізала б Кавказ від основної території Радянського Союзу, а відтак – були б втрачені нафтові родовища Азербайджану. До того ж були б відкриті шляхи на Урал – головну матеріальну базу радянської оборони.