在列宁格勒以北，芬兰军队也向苏联发动了进攻。不同的是，芬兰的主要目标是收复在苏芬战争中失去的国土。但无论如何，列宁格勒已经处于德军和芬军的夹攻之中。芬兰军队尽管装备与人数和德军无可比拟，但就像在苏芬战争中所展现出的士气高昂一样，他们有足够的力量给苏联人以教训。
苏军西北方面军总司令伏罗希洛夫元帅急忙调集百万列宁格勒市民，不分昼夜地构筑了三道环绕列宁格勒的防线，最外层的防线以卢加城为中心，沿卢加河摆开，并调集了总计7个师（含3个民兵师）的兵力驻守。伏罗希洛夫还从抵御芬军的北方面军中调集了6个师的兵力进行协防。
德军方面，在占领了普斯科夫后，一路沿卢加-列宁格勒一线进军。曼施坦因率领第五十六装甲军迂回进攻楚多沃，以切断莫斯科方面对列宁格勒的支援。在卢加防线，苏军进行了拼死抵抗，同时还遣军拦截德第五十六装甲军，迫使其后撤。
鉴于在卢加一线受阻，希特勒关于在7月21日攻下列宁格勒的计划破产。7月19日，意识到苏军抵抗的强烈后，希特勒调遣中央集团军的第三装甲兵团向北出击，以完成第五十六装甲军未完成的任务——切断列宁格勒和莫斯科的联系。
7月21日，希特勒亲自前往前线，但他不是抵达此前他所宣传的列宁格勒，而是在斯普拉夫督军奋战之余，对年已65岁的李勃元帅大加斥责，严令后者必须不惜一切代价尽快拿下列宁格勒。此后，德军开始重新部署兵力，以准备对列宁格勒发起更猛烈的进攻，意图一战定胜负。
8月8日，新整编后的北路德军（下辖屈希勒尔率领的第十八集团军和莱因哈特的第四十一装甲军）向位于卢加河下游的金吉谢普地区发动猛烈攻击，并于8月13日突破该处防线，以布歇率领的第十六集团军和中央集团军增援的第三装甲兵团所辖之第五十七装甲军所组成的南路德军，在卢加河上游的希姆斯克地区发动进攻，于8月中突破苏军防线，并向东北方显楚多沃进军，以截断列宁格勒和莫斯科的联系；曼施泰因率领的中路军（第五十六装甲军）向卢加发动进攻，牵制了苏军3个师的部队。8月15日，德第五十军接管第五十六装甲军的任务，后者驰援南路德军。
除了德军以外，芬军以3个师的兵力进攻拉多加湖，同时还以卡累利阿集团军向苏军第二十三集团军发动进攻，牵制了不少苏军。
8月21日，德军占领楚多沃，列宁格勒和莫斯科的联系终于被截断，前者将很难得到来自莫斯科的物资和兵源的补充。月底，北路德军进逼列宁格勒城南20公里处，可谓兵临城下。
9月8日，当德军占领吕瑟尔堡后，列宁格勒和外界最后一条陆上交通线被截断，自此仅剩东边拉多加湖可与外界联系。至此，无论德军还是苏军，均认为列宁格勒已经再也无法守住了。
朱可夫临危受命
至此危急存亡之际，苏共大本营决定组建列宁格勒方面军，斯大林重新启用苏军最精干的将领朱可夫出任该方面军司令。9月10日，朱可夫冒着战火飞抵列宁格勒，时伏罗希洛夫等人正开会讨论一旦列宁格勒失守，将采取什么应对措施，朱可夫立即表示应该死守列宁格勒。朱可夫随后对苏军进行了整肃，撤换了第四十二和第八集团军司令的职务，又连夜制定了极为有效的守城计划。
在朱可夫赴任前一天，德军已经从南面开始向列宁格勒发动了正面进攻。10日，德军突破苏军第二近卫民兵师的防线。接下来的两天中，先后占领了杜德格夫和红村，并向乌里茨克挺进。9月13日，德军占领索斯诺夫卡和芬兰科伊洛沃等处。列宁格勒的防御战已经到了最关键的时刻。
朱可夫旋即将最后一个预备队第十师投入战场。14日，该师在航空兵和炮兵的火力支援下，向德军进行突击。后者根本没料到苏军还有力进行反击，猝不及防之下被迫放弃了刚刚占领的索斯诺夫卡和芬兰科伊洛沃。
此时，对于北方面军而言，时间已经不多，因为好大喜功的希特勒已经决定对莫斯科发动进攻，德军的战略重心将被转移到中央集团军。希特勒的要求，是和芬军取得联系，攻下列宁格勒，并为德军在15日将要发起的在莫斯科轴线上的进攻创造条件，届时，将有很大一部分兵力会被调往中央集团军。
简单地说，布歇只有一天的时间攻下列宁格勒，这几乎是不可能的任务。布歇很快就致电统帅部，要求延迟几天将原本需要调往中路军的部队调走。希特勒答应了他的要求，但只给了他4天的时间。
9月16日，德军从苏军第五十五和第四十二集团军的结合部进行突击，攻下了列宁格勒以南的普希城，该处距离列宁格勒仅有18英里，德军随后进攻科尔皮诺。但由于苏军的顽强抵抗，德军的推进速度越来越慢。
9月19日，离希特勒给的最后期限已经只剩下1天，布歇决定拼死一搏，德军倾尽全力向普尔科沃高地猛攻，炮兵连续17个小时不间断地对列宁格勒进行猛轰，航空兵不断对列宁格勒进行空袭。
但英勇的列宁格勒军民在朱可夫的率领下，守到了最后一刻，德军的最后一搏破产。
9月19日的拼死一搏失败后，德国北方集团军的精锐部队不断被调往莫斯科方向，自此再无力对列宁格勒发动全面进攻，德军的战略也由攻城改为围城。
自此，长达900多天的举世闻名的列宁格勒围困战开始了，苏联人民将在这场漫长的战役中展现出绝无仅有的勇气和魄力。
第四节 兵临城下，斯大林红场阅兵
危城莫斯科
纳粹对苏联的攻势中，莫斯科始终是第一目标，德军三个集团军群中，以中央集团军的兵力最多，实力最强。基辅战役前，德军将领即担心会因此影响进攻莫斯科的计划，北集团军发动的对列宁格勒的进攻，亦可看成是进攻莫斯科的前奏，希特勒妄图在拿下列宁格勒以后，汇集中央集团军和北路集团军进攻莫斯科。但鉴于列宁格勒的岿然不动，德军被迫改以围困战，以加紧时间发起进攻苏联首都的作战。
9月30日，德国中央集团军已经集中了74个师180万人的兵力，另有1700辆坦克和1390架飞机以及14000万门大炮。这支军队的庞大令人咋舌。当日，德军从南面向莫斯科发动代号为“台风”的进攻行动。此前，西南方面军已经取得了基辅作战的胜利，北方面军尽管未能拿下列宁格勒，但也将后者死死围困。现在终于轮到实力最强的中央集团军上场了。
10月2日，德军突破苏军中路防线，希特勒妄图在莫斯科前沿将苏军主力尽歼，以迫使苏联政府垮台。与此同时，自大的希特勒要求李勃拿下列宁格勒，又令伦斯德率领南方面军向斯大林格勒进军。力量分散的德军，埋下了失败的祸根。
德军来势汹汹，从100多年前拿破仑进军莫斯科的老路上不断推进，确如一股“台风”。10月上半月，驻守勃良斯克和维亚兹马间的两支苏军被围，并遭到了毁灭性的打击。10月20日，德军坦克部队已经距离莫斯科40英里处。苏共中央和各国使馆纷纷撤往伏尔加河上的古比雪夫城。莫斯科处于绝境中的同时，纳粹德国的强盛也达到了巅峰状态。
就像100多年前冰冷多变的天气毁灭了拿破仑的大军一般，德国人也遇到了拿破仑大军的窘境。时值秋雨绵绵，道路泥泞，德军装甲车越走越慢，很多时候不得不停下，甚或在打仗时还得以坦克拖曳陷进泥淖中的弹药车和火炮。德军的坦克群威力大减。德国陆军名将古德里安回忆秋雨初起的10月中旬时说：“过后几周内就将听从烂泥的摆布了。”
秋雨过去，严冬降临，德军甚至连冬衣都没有准备——他们的元首已经笃定自己的军队将会在冬天到来前拿下莫斯科。苏军的顽强抵抗加上运输车队经常遭受袭击，使法西斯军队的士气开始下降。
从严冬困扰德军开始，不可一世的法西斯军队就不断被这条路上覆灭的拿破仑大军的鬼影所笼罩。德国将领开始重读关于拿破仑进军莫斯科的故事，以弥补对当地气候少得可怜的认知。
1941年冬天，大雪早早降落。10月6日夜间，开始下起雪，气温很快就降到零度以下，但此际正是对莫斯科发起重新进攻的日子。古德里安再一次向大本营要求发来冬衣。10月12日，古德里安记录大雪依旧不停。11月3日，寒潮来临。11月7日，古德里安再次记录部队开始出现“严重冻伤病员”。11月13日，气温降到零下8度。就是在这样的天气下，德国士兵还得穿着单衣作战，而他们的大炮和枪管也受到严寒的影响无法发挥原本应有的威力。古德里安记述说“我们步兵的战斗力已然穷竭”。
不仅步兵如此，古德里安在11月21日向哈尔德表示他的装甲部队“已经无能为力了”。这位纳粹德国在东线最悍战的将领，决定请求集团军总司令包克元帅收回进攻的命令。他的部队的情况已经险峻到了极点，他们的最大敌人是气候。“冰天雪地，无处避寒，无衣御寒，人员装备受到严重损失，燃料供应糟糕透顶——所有这一切使我难以履行司令官的职责。长此以往，我的重大责任要把我压垮了。”古德里安在当天写道。
尽管遭到了重大损失，素来悍战的德军还是取得了一定的成果，在风雪交加的天气中，他们冒着苏军的炮火于11月底从北、南、西三面抵达莫斯科30英里。他们距离莫斯科仅仅只有一步之遥。他们已推进了500英里，只要再往前推进30英里，就能取得这场战争的决定性胜利——拿下苏联人的首都。
德军从11月开始准备对莫斯科发起总攻，希特勒将东线绝大部分的坦克部队集中到莫斯科城下。
法西斯军队的第一次溃败
12月2日，一支德军侦察营突入莫斯科城郊，已经可以望见克里姆林宫的尖顶，但随后被苏军的坦克部队和民兵击退。谁也没有想到，这会是德军唯一一次看见克里姆林宫。
德军步履维艰的背后，除了天气，另一个重要原因还是苏军的顽强抵抗。斯大林做出了要在莫斯科城郊歼灭德军主力的决定。10月17日，加里宁方面军成立。该方面军的任务是从西北方向阻击德军。10月19日，国防委员会号召莫斯科市民死守莫斯科；10月22日，《真理报》号召全市人民以自己的鲜血埋葬纳粹入侵者。从19日到22日，整个莫斯科民众都被动员起来，他们冒着严寒修筑防御工事，组织了25个工人营、100多个巷战小组、数百个摧毁坦克班，随时决定和入侵者展开殊死决战。
11月7日清晨，大雪纷纷扬扬，染白了莫斯科的街道。在初冬雾霭中，莫斯科军民围聚红场，举行了别具风格的盛大阅兵式以纪念“十月革命”24周年。
整个阅兵式在大雪中进行，坦克和大炮均被积雪覆盖。在列宁墓的观礼台上，斯大林发表了演讲：“红军和红海军战士、指挥员和政治工作人员、男女游击队员同志们！全世界都注视着你们，把你们看作是能够消灭德国侵略者匪军的力量。处在德国侵略者压迫下的欧洲被奴役的各国人民都注视着你们，把你们看作是他们的解放者。”
不可否认，斯大林在战争初期的一系列错误使得苏军惨败。但在这一刻，他成了抵抗纳粹侵略的象征。
这场炮火中的阅兵式，成了苏联历史上最特殊最鼓舞人心的阅兵式。阅兵式所展现出来的是苏联军民不屈的斗志。凭借这种斗志，他们击败了嚣张一时的德军。
12月初，莫斯科的气温已经降到了零下30度，暴风肆虐的天气，对德军的进攻造成了史无前例的困难。12月1日，患有胃痉挛的包克向总参谋部表示，他的部队由于力量的削弱，再也无力进攻。德军开始转攻为守。
12月4日，在零下30多度的天气中，古德里安的第二装甲军团在莫斯科南面遭到阻滞。他向包克报告说，他的坦克已经几乎动弹不得了。
12月5日，在环绕莫斯科200英里的阵地上，德军的进攻被全面阻滞。同一天，陆军总司令勃劳希契向德军参谋长哈尔德说，他将卸任陆军总司令一职。这天堪称德军自开战以来最黑暗的一天。古德里安回忆说：“这是我生平第一次必须做出这样一种（后撤）决定，没有比这更困难的事了……我们遭到了可悲的失败。”
德军的撤退意味着希特勒要在1941年年底打败苏联的希望，在最后一分钟和最后几十英里地方化为泡影。
12月6日，继任苏军中路战线总司令一个半月之久的朱可夫发动了反攻，在莫斯科前沿200英里的战线上，110万苏军在1000多架飞机、774辆坦克和7652门火炮的掩护下全线出击。就像在1812年拿破仑遭到的溃败一般，纳粹德国歼灭欧洲大陆建成大帝国的幻梦就此破灭，并成了纳粹德国的由巅峰开始往下坡路走的一个转折点。
12月8日，希特勒不得不下令德军在苏德战场转入全线防御。12月9日，苏军收复罗加切沃。12月11日，收复伊斯特拉。15日，收复克林。16日，收复加里宁。到了次年1月初，苏军已经从德军手中收复了1万多个居民点。
尽管在2月初得到增援后，德军又一次发动了反突击，但已经无力攻取莫斯科。4月20日，苏军大本营下令西方面军转入防御，莫斯科会战由此结束。在这场大会战中，德国首次遭到惨败。此前在英国上空进行的空战，仅仅是遏制住了希特勒的前进步伐，但莫斯科会战中，德军遭到了史无前例的失败。
