德國占領巴爾幹後，把侵略的矛頭對準了蘇聯，1941年6月22日，德國對蘇聯不宣而戰，五百多萬德國和其仆從國的軍隊排山倒海一般攻入蘇聯。戰鬥力和指揮能力和裝備遠遜於德軍的蘇聯軍隊遭遇了波蘭軍隊同樣的命運，連連敗退，百餘萬蘇軍被德軍殲滅，白俄羅斯、烏克蘭、波羅的海沿岸接連被德軍占領，到10月20日，德軍已經推進到莫斯科郊外，但此時德軍已成強弩之末，後勤補給日漸困難，官兵一直得不到有效的休整，這時蘇聯的嚴冬來臨，德國麵臨著與100多年前拿破侖軍隊同樣的困境。同年12月，在蘇軍有效的反攻攻勢下，德軍被迫後退，德軍的閃電戰計劃在幅員遼闊的蘇聯沒能獲得成功，此後雙方轉入了長期的攻防戰。
日本為了配合德國在歐洲在歐洲的攻勢，同時達到其稱霸東亞的野心，便準備發動太平洋戰爭。1941年12月7日，日本戰機突然襲擊美國在太平洋上的海軍基地——珍珠港，使得美國的人員、船隻和戰機都遭受到慘重的損失，第2天，美國國會一致通過決議對日宣戰，3日後，德意也對美宣戰，第二次世界大戰全麵升級。
1941年8月，英國首相丘吉爾和美國總統羅斯福簽訂了《大西洋憲章》，申明英美作戰的目標是打擊並摧毀法西斯勢力，並不無意奪取軸心國的領土。1942年1月1日，美英法蘇等26國代表在華盛頓簽署了《聯合國家宣言》，表示擁護大西洋憲章的宗旨和原則，美英法蘇四國共同約定不和軸心國集團單獨媾和。
1942年夏，德軍出動150萬軍隊圍攻蘇聯南部城市斯大林格勒，蘇軍殊死抵抗，雙方展開了激烈的巷戰，到1942年11月，蘇軍展開了頑強的反攻，並包圍了德軍第六集團軍，1943年1月，蘇軍發動總攻。2月2日，德軍統帥保盧斯投降，蘇軍全殲被圍的33萬德軍。此後，蘇軍獲得了戰場的主動權，發起各路攻勢，把德軍趕出蘇聯國境，1944年，蘇軍收複烏克蘭和克裏米亞，並攻進波羅的海地區和巴爾幹半島。
1942年，德軍在著名統帥綽號“沙漠之狐”的隆美爾的指揮下，在北非戰場連敗英軍，1942年10月，英軍在蒙哥馬利將軍指揮下在北非發動阿拉曼戰役，重挫隆美爾的非洲軍團，11月8日，美英盟軍占領了摩洛哥和阿爾及利亞，進逼突尼斯（Tunisia）。1943年5月13日，25萬德意軍隊向盟軍投降，北非戰場成為盟軍最先取得全麵勝利的戰場。
7月10日，盟軍又從北非地區起航，在意大利的西西裏島登陸，進軍意大利本土，意大利軍隊本來就不強，加之國民厭戰，法西斯政權統治危機四伏，1943年8月，意大利國內發生政變，墨索裏尼的法西斯政府垮台。9月8日，英國廣播公司廣播了意大利投降的正式文告，意大利無條件投降。10月13日，意大利的巴多格利奧（Badoglio）政府正式退出“軸心”同盟，向德國宣戰，但由於德國率先占領了意大利北部地區，利用當地綿延起伏的山巒，，建成險峻的防線，盟軍進攻的進展十分困難，一直苦戰到1944年6月才占領了羅馬。
1944年6月6日，二百多萬的英美盟軍經過周密的準備，出動4000多戰艦，11000多架飛機，冒著狂風驟雨橫渡英吉利海峽，直奔法國的諾曼底海岸。盟軍登陸後，迅速搶占灘頭陣地，向縱深擴展。在與德軍經過了近兩個月的激烈交戰後，盟軍於7月24日取得了諾曼底登陸戰役的勝利，順利地開辟了歐洲的第二戰場。1944年8月25日，巴黎得到光複，戴高樂成立了法國臨時政府，9月4日，盟軍收複了布魯塞爾，10月20日，荷蘭獲得解放。到11月，盟軍已經進逼到萊茵河畔，戰事由此轉入到德國境內。1945年1月，在遏製住德軍頑強的反攻後，盟軍大舉進攻德國，3月越過萊茵河，占領了德國的中部和西部大片地區，而此時東部戰場的250萬蘇軍也展開了全麵的反攻，1945年4月25日，英美盟軍和蘇聯軍隊在易北河會師，德國被一分為二。4月26日，蘇軍對柏林發起了總攻，4月30日，希特勒在絕望中自殺身亡，5月1日，柏林的德國守軍停止抵抗，5月2日，英美盟軍進入西柏林。5月8日，德國宣布無條件投降，二戰的歐洲戰場勝利結束。