Уже в первые месяцы войны Красной армии пришлось оставить Прибалтику, Белоруссию, Молдавию, западные области Украины. В результате двухмесячного Смоленского сражения (город оставлен 29 июля, бои на востоке от него продолжались до 10 сентября) германский план молниеносной войны был сорван, однако наступление немцев продолжалось. К концу июля сложилась угрожающая обстановка для советских войск в районе Киева. Жуков предложил сдать город. Возмущенный предложением Сталин сместил его с поста. Новым начальником Генштаба стал маршал Б. М. Шапошников. Жуков был назначен командующим Резервного фронта, и ему удалось успешно провести наступательную операцию по разгрому группировки немецких войск в районе Ельни. 5 сентября город был освобожден. Это была первая, пусть не очень масштабная, победа советского оружия в Великой Отечественной войне.
На других направлениях успех сопутствовал вражеским войскам. 1 сентября они взяли станцию Мга, и Ленинград попал в кольцо блокады. Вместе с полутора миллионами жителей в городе оказались запертыми 30 советских дивизий. 16 сентября фашисты вошли в Новгород, перерезали в Чудове Октябрьскую железную дорогу, соединявшую Москву с Ленинградом.
В середине августа наступавшие на Москву войска столкнулись с упорным сопротивлением. В начале сентября гитлеровское командование отдало приказ о переходе войск на московском направлении к временной обороне и начало готовить наступательную операцию по захвату Москвы под кодовым названием «Тайфун». Танковая группа немецкого генерал-полковника X. Гудериана получила приказ повернуть из района Смоленска на юг. Созданный для отражения опасности Брянский фронт (командующий генерал-лейтенант А. И. Еременко) не сумел помешать движению. 15 сентября наступающие с севера немецкие войска сомкнулись в Лохвице, в 200 км восточнее Киева, с танковой группой Э. Клейста, наступавшей из района Кременчуга.
Окруженный Киев пал 19 сентября. 655 тыс. советских солдат были пленены; при выходе из окружения погибли командующий Юго-Западным фронтом М. П. Кирпонос, член Военного совета фронта секретарь ЦК КП Украины М. А. Бурмистенко, начальник штаба фронта В. И. Тупиков. Выйдя за пределы Украины, немецкие войска взяли Белгород (24 октября) и Курск (2 ноября). 25 октября был захвачен Харьков. К ноябрю немцы овладели частью Донбасса, в ноябре вышли на подступы к Ростову-на-Дону и создали угрозу прорыва на Кавказ. 21 ноября город был оставлен, но через неделю его отбили. 16 октября сдана врагу героически сражавшаяся 73 дня и оказавшаяся в глубоком тылу противника Одесса. Более 100 тыс. ее защитников и большое количество различной техники и вооружения было перевезено в Крым кораблями и судами Черноморского флота. К концу октября фронт на полуострове приблизился к Севастополю.
16 ноября советские войска были вынуждены оставить крымский промышленный центр и порт Керчь. С 30 октября шло беспримерное по ожесточенности сражение за Севастополь, длившееся 250 дней и ночей.
29 сентября немецкие войска приступили к осуществлению операции «Тайфун». Началась битва за Москву. Под командование фельдмаршала Бока было стянуто три четверти германских войск. Им противостояли три советских фронта. Войска Западного (генерал-полковник И. С. Конев) занимали полосу обороны шириной 340 км, от Осташкова до Ельни. Войска Резервного (маршал С. М. Буденный) обороняли фронт протяженностью 100 км на рославльском направлении и располагались в тылу Западного фронта. Войска Брянского фронта (генерал-полковник А. И. Еременко) удерживали рубеж западнее и южнее Брянска протяженностью 290 км. При этом советские войска значительно уступали немецким в танках, авиации, противотанковой и зенитной артиллерии.
К 7 октября противнику удалось окружить в районе Вязьмы четыре советские армии. Под командованием генерал-лейтенанта М. Ф. Лукина они до середины октября сражались в окружении. 10 октября войска Западного и Резервного фронтов были объединены в Западный под командованием Г. К. Жукова и продолжали вести бои на Можайской линии обороны. К концу октября враг был остановлен на рубеже восточнее Волоколамска и далее — по рекам Нара и Ока до Алексина.
Немецкие танковые войска, наступавшие из районов Рославля и Шостки, обошли основные силы Брянского фронта. 3 октября был захвачен Орел. 9 октября пресс-секретарь Гитлера заявил: «Все военные задачи решены, с Россией покончено». Однако советские войска к 23 октября прорвали фронт окружения и отошли на линию Белев — Мценск — Поныри. Преодолев этот рубеж, немцы к концу месяца вышли на линию Таруса — Тула. Но все попытки захвата Тулы, предпринимавшиеся с 29 октября, были отбиты. 18 ноября фашисты начали наступление с целью ее обхода с востока и к 25 ноября вышли на подступы к Кашире, продвинулись в направлении Рязани, создавая угрозу прорыва в район восточнее Москвы. Контрудары войск Западного фронта вынудили противника в начале декабря начать отход с северо-востока от Тулы.