ยุทธการบาร์บาร็อสซานั้นมาถึงจุดสรุปเมื่อกลุ่มกองทัพตอนกลางของนาซีเยอรมนีที่กำลังขาดแคลนเสบียงเนื่องจากโคลนหลังฤดูฝนในเดือนตุลาคม ถูกสั่งให้บุกรุดหน้าต่อไปยังมอสโก จนกระทั่งกำลังทหารเยอรมันรุดหน้ามาถึงหน้าพระราชวังเครมลินในช่วงต้นเดือนธันวาคม พ.ศ. 2484 (1941) เมื่อมาถึงตรงนั้น กองกำลังทหารเยอรมันทั้งหมดก็จำต้องหยุดลง เมื่อกำลังเสริมขนาดใหญ่ของสตาลินมาถึง จากไซบีเรีย พร้อมกับความสดใหม่ของทหารและการบำรุงรักษากำลังอย่างครบครัน และได้ทำการป้องกันมอสโกอย่างดุเดือดในศึกแห่งมอสโก ผลของการรบออกมาโดยฝ่ายโซเวียตเป็นผู้กรำชัยชนะอย่างเด็ดขาด และได้ทำการตีโต้กองกำลังเยอรมันกลับไปเมื่อฤดูหนาวมาถึง กองกำลังตอบโต้ของโซเวียตขนาดใหญ่ยักษ์ได้ถูกสั่งให้เข้าทำการโจมตีกลุ่มกองทัพตอนกลางของเยอรมัน ซึ่งไม่น่าแปลกใจเท่าไรนัก เนื่องจากกลุ่มกองทัพดังกล่าวนั้นวางกำลังอยู่ใกล้มอสโกมากที่สุด การป้องกันกรุงมอสโกได้สำเร็จ ทำให้เมืองนี้ได้รับการยกย่องให้เป็นวีรนครในเวลาต่อมา

เมื่อกองกำลังเยอรมันทั้งหมดที่ประจำการอยู่ในดินแดนของโซเวียตประสบกับการไม่มีที่อยู่ที่พักอาศัย (ซึ่งเกิดจากกลยุทธทำลายล้างของโซเวียต), ขาดเสื้อผ้าสำหรับฤดูหนาวที่เหมาะสม, ขาดเสบียงอาหารเป็นเวลานานติดต่อกัน (หิมะในฤดูหนาวที่กลบถนนจนมิด ทำให้การส่งกำลังบำรุงของเยอรมันแทบจะเป็นอัมพาต) และไม่มีที่จะไป (เพราะการออกไปในอากาศหนาวเช่นนั้นโดยไม่มีเสื้อผ้ากันหนาวที่ดีพอ หมายถึงความตายของทหารเยอรมัน) ทำให้กองกำลังเยอรมันไม่มีทางเลือกอื่นใด นอกจากจะรอกำลังเสริมในฤดูหนาวในดินแดนแถบขั้วโลก ในขณะที่กองกำลังเยอรมันสามารถหลีกเลี่ยงการถูกตีให้แตกพ่ายยับเยินโดยกองกำลังตอบโต้ของโซเวียตมาได้ แต่ก็ประสบกับการสูญเสียกำลังเป็นจำนวนมากทั้งจากการรบ และการถูกโจมตีระหว่างเคลื่อนทัพ

การยึดกรุงมอสโกถือว่าเป็นกุญแจสำคัญที่จะนำไปสู่ชัยชนะของเยอรมนีในขณะนั้น แต่ก็เกิดการถกเถียงระหว่างนักประวัติศาสตร์ในปัจจุบันว่าการเสียกรุงมอสโกจะนำไปสู่การล่มสลายของสหภาพโซเวียตหรือไม่ อย่างไรก็ตาม เยอรมนีก็ประสบกับความล้มเหลวในการยึดมอสโก ซึ่งนำไปสู่ความล้มเหลวของยุทธการบาร์บาร็อสซาในเวลาต่อมา ในเดือนธันว่าคม พ.ศ. 2484 (1941) เยอรมนีก็ประกาศสงครามกับสหรัฐอเมริกา (ตามจักรวรรดิญี่ปุ่นซึ่งหนึ่งในพันธมิตรอักษะของเยอรมนีที่ได้ทำการโจมตีเพิร์ลฮาร์เบอร์ต่อสหรัฐอเมริกา) ซึ่งระหว่างเวลาหกเดือนต่อจากนี้ ตำแหน่งทางยุทธศาสตร์ของเยอรมนีเริ่มล่อแหลมขึ้นมาทุกที เนื่องจากการวางแผนอุตสาหกรรมทางทหารของเยอรมนีถูกออกแบบมาให้เหมาะกับการทำสงครามในระยะสั้นเท่านั้น และยังไม่มีความพร้อมที่จะทำสงครามยืดเยื้อแต่อย่างใด

ผลลัพธ์ของยุทธการบาร์บาร็อสซาต่อเยอรมนีนั้นสร้างความเสียหายให้กับโซเวียตในอย่างมหาศาล แต่ฝ่ายเยอรมันก็ไม่ได้มีสถานภาพต่างจากฝ่ายโซเวียตมากนัก แม้ว่าเยอรมนีจะล้มเหลวในการยึดกรุงมอสโก แต่กองกำลังเยอรมันก็สามารถยึดดินแดนอันกว้างใหญ่ไพศาลทางตะวันตกของสหภาพโซเวียต รวมถึงเขตการปกครองของสหภาพสาธารณรัฐสังคมนิยมโซเวียตทั้งเขต ได้แก่เบลารุส, ยูเครน และดินแดนรอบทะเลบอลติก รวมถึงภูมิภาครัสเซียตะวันตกที่มอสโกปกครองอยู่ กองทัพเยอรมันสามารถยึดดินแดนมาได้กว่า 1,300,000 ตร.กม. ซึ่งมีประชากรอาศัยอยู่กว่า 75 ล้านคนตามสถิติจากปลายปี พ.ศ. 2484 รวมถึงกำลังวางแผนที่จะยึดดินแดนมาอีกกว่า 650,000 ตร.กม. ก่อนที่จะถูกบีบให้ถอยทัพหลังจากความพ่ายแพ้ในศึกแห่งสตาลินกราด (เมืองโวลกากราดในปัจจุบัน) และศึกแห่งเคิร์สก์ ในขณะเดียวกัน ทุกดินแดนที่เยอรมนียึดมาได้ล้วนแข็งข้อต่อเยอรมนี จากอัตราการก่อกวนกองกำลังเยอรมันที่เพิ่มมากขึ้น ซึ่งทำให้เยอรมนีลงโทษกลับอย่างโหดเหี้ยม ต่อมากองกำลังเยอรมันยังคงยันยื้อต่อกองกำลังตอบโต้ของโซเวียตอย่างเท่าที่จะเป็นไปได้ ส่งผลให้เกิดผู้บาดเจ็บและเสียชีวิตจำนวนมากในทั้งสองฝ่ายจากการรบหลายต่อหลายครั้ง