Гос. комитет обороны (ГКО) стал вершиной сталинской системы власти в ходе войны. Председателем ГКО стал Сталин. Это дало ему возможность направлять и контролировать все аспекты советской военной деятельности. В состав ГКО были включены нарком иностранных дел Молотов, начальник органов безопасности Лаврентий Берия, член политбюро Георгий Маленков и маршал Ворошилов – сталинские старые военные друзья. Хотя политбюро партии существовало в формальном смысле во время войны, оно собиралось редко, и ГКО стало высшим коллективным органом советского управления. В подчинении ГКО находился Совет народных комиссаров и различные министерства, и ведомства.
10 июля Ставка, или Главная квартира главнокомандующего была преобразована в Ставку Высшего Командования со Сталиным во главе. 8 августа она была переименована в Ставку Верховного Главнокомандующего, и Сталин стал Верховным Командующим вооружённых сил. Поддержанная Генеральным штабом Ставка отвечала за военную стратегию и планирование, организацию, и подготовку больших операций.
Высшим уровнем советской военной организации являлся наркомат обороны. Сталин был наркомом обороны с июля 1941 года. НКО состоял из направлений – артиллерии, вооружений, авиастроения, ПВО, связи, резервов, тыла, обучения, военной разведки и контрразведки, и пропаганды, которые функционировали, как органы ГКО. Эффект этой реорганизации был в формальном объединении в руках Сталина контроля и управления всеми военными действиями Советов. Сталинский личный контроль над военными действиями страны был гораздо шире и гораздо полнее, чем у любых других военных руководителей во второй мировой войне. На практике конечно Сталин концентрировался на принятии военных решений. Он наблюдал и выдавал множество решений в отношении других областей государственной деятельности, но стремился передать инициативу, и ответственность доверенным подчинённым, таким, как Берия (внутренняя безопасность), Николай Вознесенский (экономика), Микоян (снабжение), и Лазарь Каганович (транспорт). Только в международной политике принятие решений непрерывно и детально, как и в военной области, оставалось за Сталиным, а Молотов был сталинским ближайшим помощником, с которым Сталин общался чаще, чем с кем-либо в ходе войны.
Реорганизация вооружённых сил была весьма решительной. 10 июля пять фронтов Красной Армии (Северный, Северо-Западный, Западный, Юго-Западный и Южный) были преобразованы в три многофронтовых стратегических «направления». Маршал Ворошилов принял командование Северо-Западным направлением, маршал Тимошенко Западным направлением и маршал Будённый Юго-Западным направлением. 15 июля Ставка издала директиву, упраздняющую большие механизированные корпуса, сформированные годом раньше, и ввела дивизионы, реально обладавшие танками для поддержки пехоты. Направлениям было приказано расформировать большие неуклюжие армии и заменить их меньшими, и более подвижными полевыми армиями, имевшими не более пяти, или шести дивизий. Директива также предусматривала формирование нескольких высокомобильных кавалерийских частей для ударов по врагу, дезоргавнизации немецкого командования и систем связи, и уничтожения линий снабжения.
16 июля отдел политической пропаганды наркомата обороны был реорганизован в Главное Политическое управление Красной Армии (ГПУ РККА). Одновременно был восстановлен в вооружённых силах институт военных комиссаров. Это означало, что политические офицеры опять будут иметь право «вето» на командирские решения и будут действовать, как заместители командиров на всех уровнях вооружённых сил. 20 июля Сталин и новый глава ГПУ Лев Мехлис издали директиву, обязывавшую всех политических комиссаров действовать по обстановке, и возлагавшую на них особую ответственность за поддержание дисциплины в вооружённых силах, и разрешавшую строго наказывать трусов, дезертиров, и паникёров. Директива запрещала отступление без письменного приказа и возлагала персональную ответственность на комиссаров по обеспечению этой политики. Эта директива была одной из серии изданных Сталиным, отражавших его взгляд, что первоначальные поражения и отступления Красной Армии вызваны отчасти недисциплинированностью, особенно командиров. 17 июля ГКО решил образовать специальный отдел (Особый отдел) НКВД (народный комиссариат внутренних дел), предназначенный для борьбы со шпионами и предателями в Красной Армии, и имевший полномочия казнить дезертиров на месте. 16 августа Сталин издал приказ N'270 – директиву всем вооружённым силам уничтожать трусов и дезертиров на месте, и гласящую, что любой командир, демонстрирующий «робость» во время боя, должен быть немедленно отстранён. Части, попавшие в окружение, по инструкции должны сражаться до последнего человека. Сталин объявил, что впредь с этого момента члены семей трусов, дезертиров и предателей подлежат аресту. 12 сентября Сталин приказал фронтовым командирам сформировать заградительные отряды для остановки бегущих в тыл солдат Красной Армии и для ликвидации паникёров, и дезертиров. Интересно, что Сталин особо оговаривает, что эти формирования должны поддерживать тех солдат, которые отказываются поддаваться панике и боятся окружения.
Сталинская решимость внедрить суровый дисциплинарный режим в вооружённых силах была продемонстрирована наказанием командования злосчастного Западного фронта, который потерпел катастрофическое поражение под Минском. Были арестованы генерал Дмитрий Павлов, командующий фронтом, и ряд его офицеров. В резолюции ГКО от 16 июля говориться, что аресты произведены открыто, чтобы дать урок другим высшим офицерам, которые нарушают дисциплину. После ареста в начале июля Павлов был обвинён в антисоветском заговоре, также, как и Тухачевский в 1937 году. Но когда трибунал приговорил его к смерти 22 июля, он обвинялся в трусости, преступной халатности и отступлении без приказа. Другая группа высших командиров, павшая жертвой сталинского гнева, была из состава Красных Воздушных Сил. Их арестовали и расстреляли за то, что они допустили уничтожающую атаку люфтваффе на советские аэродромы 22 июня 1941 года. Среди этих арестованных генералы Проскуров, Птахин, Рычагов и Смушкевич были расстреляны без суда в октябре 1941 года. Также жертвой сталинских репрессий чуть не стал начальник Ген. штаба Мерецков, арестованный, когда Павлов под пытками назвал его соучастником антисоветского заговора. Возможно Мерецков был подвергнут жестокому допросу в НКВД, но освобождён без обвинений и в сентябре возвращён на свою старую должность в Ленинграде, где он оставался представителем ставки до окончания войны в 1945 году.
Вместо Павлова командующим Западным фронтом стал генерал А.И. Ерёменко. Когда фронт был преобразован в Направление в середине июля, Ерёменко остался командующим фронтом, Тимошенко был сделан командующим Западного направления, а Шапошников назначен начальником Ген. штаба. В конце июля Шапошникова вызвали в Москву, где он и сменил Жукова на посту начальника Ген. штаба. Жуков стал командовать двумя резервными армиями, формируемыми в тылу Западного направления в центральном секторе около Москвы. Новый пост Жукова имел важное значение. Он должен был начать главное контрнаступление против группы армий Центр в районе Смоленска. Жуков писал в своих мемуарах: «Операция под Ельней была моей первой самостоятельной операцией, первой проверкой моих оперативных способностей в великой войне с гитлеровской Германией». Операция началась в середине августа, и к началу сентября войска Жукова освободили город, и очистили порядочный кусок территории от немцев. В советской прессе успех под Ельней был превознесён, как великая победа. Для иностранных корреспондентов было организовано посещение полей сражений.
Наступление под Ельней было первым из серии операций Красной Армии в смоленском регионе летом 1941 года. Город был взят немцами в середине июля, но жестокие сражения в районе Смоленска продолжались. Оборона советских войск блокировала продвижение немцев к Москве на расстоянии менее 200 километров от неё. Однако Ставка не рассматривала сражение под Смоленском, как оборонительное. Её стратегией оставалось наступление и нанесение контрударов, контратак, и контрнаступлений, подобных ельнинскому. Часто определяют задним числом эту стратегию, как успешную. Немцев задержали под Смоленском на два месяца, и тяжёлый опыт вермахта убедил Гитлера отложить продвижение на Москву, и перевести войска на более лёгкие, как тогда казалось, цели: Ленинград на севере, и Киев на юге. Психологическое превосходство над Красной Армией споткнулось, хотя в ряде случаев группе армий Центр удалось продвинуться весьма значительно. Но цена этих успехов была весьма высока. 100.000-я армия Жукова, например, потеряла треть своего состава под Ельней. И когда немцы возобновили своё наступление на Москву в конце сентября, Красная Армия оказалась не в состоянии их остановить, и потеряла отвоёванные такой дорогой ценой несколькими неделями ранее территории. Общие потери Красной Армии за два месяца сражений с немцами в смоленском сражении составили полмиллиона убитых и пропавших без вести, и четверть миллиона раненых.