ในขณะที่ประสบความสำเร็จในช่วงแรก แต่ในที่สุดแล้วเวลาของเยอรมนีก็หมดลง เมื่อตอนที่กองกำลังเยอรมันมาถึงชานเมืองรอบนอกของกรุงมอสโก ฤดูหนาวรัสเซียก็เริ่มขึ้นในเดือนธันวาคม สาเหตุของความล่าช้านี้เกิดขึ้นมาจากการตัดสินใจที่ผิดพลาดครั้งสำคัญในวันที่ 15 พฤษภาคม เนื่องจากฮิตเลอร์ต้องการที่จะเข้าไปยับยั้งแนวร่วมต่อต้านเยอรมนีในยูโกสลาเวีย และเข้าไปหยุดความคืบหน้าของกรีซในการต่อต้านอิตาลีภายใต้การปกครองของเบนิโต มุสโสลินีในอัลเบเนีย การตัดสินใจเช่นนี้ร่นระยะเวลาที่มีน้อยอยู่แล้วในฤดูร้อนของรัสเซียให้สั้นลงไปอีกห้าสัปดาห์ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงแค่หนึ่งในหลาย ๆ เหตุผลที่นำไปสู่ความล่าช้าในการบุก อีกเหตุผลหนึ่งก็คือช่วงปลายฤดูใบไม้ผลิในปี 2484 (1941) ในรัสเซีย ซึ่งมีสภาพอากาศที่มีฝนตกอยู่บ่อย ๆ ตลอดเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2484 ซึ่งทำให้ถนนหลายสายในรัสเซียภูมิภาคตะวันตกไม่สามารถขับรถบรรทุกและยานเกราะผ่านไปได้ โดยในระหว่างที่ยุทธการดำเนินไป ฮิตเลอร์ได้สั่งการให้ทัพหลักที่กำลังมุ่งหน้าไปสู่มอสโกให้เปลี่ยนเส้นทางมุ่งลงใต้เพื่อช่วยกลุ่มกองทัพด้านใต้ในการยึดยูเครน ซึ่งคำสั่งดังกล่าวชะลอเวลาการโจมตีเมืองหลวงของโซเวียตยิ่งขึ้นไปอีก แม้ว่ามันจะช่วยรักษาความมั่นคงของปีกซ้ายของกลุ่มกองทัพตอนกลางไว้ได้ แต่เมื่อถึงตอนที่พวกเขาหันทัพมุ่งไปยังมอสโก ตอนนั้นเองกองทัพแดงก็เริ่มต่อต้านอย่างดุเดือด ด้วยดินโคลนที่เกิดขึ้นจากฝนตกในฤดูใบไม้ร่วง และหิมะที่เริ่มตกหนักในฤดูหนาว เป็นใจให้กับโซเวียตที่จะยับยั้งการรุกคืบเข้ามาของกองทัพเยอรมันให้หยุดลง

นอกจากนี้ โซเวียตที่ประกาศว่าการรบของพวกเขาคือ มหาสงครามผู้รักชาติ (Great Patriotic War) ได้ทำการปกป้องมาตุภูมิของพวกเขาได้ดุดันกว่าที่กองบัญชาการเยอรมันได้คาดการณ์ไว้ยิ่งนัก ป้อมปราการชายแดนเมืองเบรสต์ในเบลารุสสื่อถึงความหมายของชาวโซเวียตได้เป็นอย่างดี ป้อมที่ถูกโจมตีในวันแรก ๆ ของการบุกโดยเยอรมนี เป็นป้อมที่ถูกคาดการณ์ไว้ว่าจะถูกยึดด้วยความประหลาดใจของโซเวียตในไม่กี่ชั่วโมง กลับกลายเป็นการสู้รบในป้อมที่ยาวนานและขมขื่นระหว่างกองกำลังของเยอรมนีและโซเวียตเป็นเวลาหนึ่งเดือนเต็ม ๆ การส่งกำลังบำรุงกลายเป็นอีกปัญหาใหญ่ของเยอรมนี เนื่องจากเส้นทางขนส่งเสบียงที่ยาวและง่ายต่อการโจมตีของพลพรรคต่อต้านฟาสซิสต์ของโซเวียตจากด้านหลัง อีกทั้งโซเวียตยังใช้ยุทธวิธี Scorched earth ทุกอย่างในทุกดินแดน ที่พวกเขาถูกบีบให้ถอนกำลังไป เพื่อไม่ให้กองทัพเยอรมันสามารถใช้ที่นา, อาหาร, เชื้อเพลิง และอาคารในดินแดนที่พวกเขายึดมาได้

แต่กองทัพเยอรมันยังคงคืบหน้าต่อไปแม้ว่าจะพบกับอุปสรรคบางประการ อย่างไรก็ตาม ก็มีบางครั้งที่เยอรมนีจะทำลายกองกำลังป้องกันทั้งหมดหรือปิดล้อมพวกเขาให้ยอมแพ้ โดยเฉพาะในศึกแห่งเคียฟที่มีผลลัพธ์ที่รุนแรงเป็นพิเศษ โดยในกลางเดือนตุลาคม กลุ่มกองทัพตอนใต้ของเยอรมนีจึงสามารถยึดเคียฟมาได้ และจับกุมเชลยชาวโซเวียตได้มากกว่า 650,000 คน ในเวลาต่อมา หลังจากสงครามโลกครั้งที่สองสิ้นสุด ในปี พ.ศ. 2508 (1965) เคียฟจึงได้รับการยกย่องให้เป็นวีรนคร (Hero City) สำหรับการป้องกันเยี่ยงวีรบุรุษของมัน

ส่วนกลุ่มกองทัพตอนเหนือที่ถูกมอบหมายให้ยึดดินแดนรอบทะเลบอลติกจนถึงเมืองเลนินกราด (เมืองเซนต์ปีเตอร์สเบิร์กในปัจจุบัน) การรุกคืบหน้าของกลุ่มกองทัพนี้เป็นไปด้วยดีจนกระทั่งพวกเขามาถึงชายเมืองรอบนอกทางทิศใต้ในเดือนสิงหาคม ที่ ๆ พวกเขาถูกกองกำลังโซเวียตต่อต้านอย่างดุเดือดจนทำให้การรุกคืบหน้าอย่างต่อเนื่องของพวกเขาต้องหยุดลง และเนื่องจากการพยายามที่จะยึดเมืองคงจะเป็นการเสียกำลังพลมากเกินไป กองบัญชาการเยอรมันจึงตัดสินใจที่จะปล่อยให้ประชากรในเมืองอดอาหารจนตายผ่านการปิดทางเสบียงและการคมนาคม ซึ่งเป็นการเริ่มต้นการปิดล้อมแห่งเลนินกราด แต่เมืองยังคงยืนหยัดไว้ได้ แม้ว่ากองกำลังเยอรมันจะพยายามหลายครั้งหลายหนในการฝ่าแนวป้องกันของโซเวียต รวมถึงทำการโจมตีทางอากาศและระดมยิงปืนใหญ่ใส่เมืองอย่างไม่หยุดหย่อน และทำให้เกิดการขาดอาหารและเชื้อเพลิงอย่างรุนแรง จนกระทั่งฝ่ายเยอรมันเองกลายเป็นฝ่ายที่ต้องล่าถอยเมื่อกำลังเสริมของกองกำลังโซเวียตในเลนินกราดมาถึงในตอนต้นปี พ.ศ. 2487 (1944) และทำให้เลนินกราดกลายเป็นเมืองแรกที่ได้รับการยกย่องให้เป็นวีรนคร