這年的9月，德國製定了進攻莫斯科的代號為“台風”的作戰計劃，集結了180萬大軍，坦克1700輛，飛機1390架，大炮和迫擊炮1.4萬門，其核心內容是德軍“盡快（9月底）進攻莫斯科”。在向莫斯科、列寧格勒、羅斯托夫三個方向的進攻中，將莫斯科定為主要攻取目標，並把精銳部隊德軍東線4個坦克集團軍中的3個集團軍投入對莫斯科的進攻。
9月30日，莫斯科會戰帷幕輕啟。古德裏安的坦克集群打前鋒，向龍赫諾夫和謝夫斯克方向發動局部進攻。10月2日，德軍在安得烈阿波爾至謝夫斯克廣闊的戰線上發動總攻。
正值此時，德軍的不祥預兆隨著蘇聯的第一場大雪飄臨大地。
在10月份的絕大多數時間裏，大雪、雨水、冰霜交替出現，接著就是難行的泥濘道路，驟然下降的氣溫，令衣衫單薄的德軍在呼嘯的寒風中苦不堪言。與此同時，德軍的物資補給線也陷於混亂的癱瘓狀態。
然而，如亡命徒般的德軍的戰鬥力卻出奇的旺盛。開戰後不到半個月，他們就占領了距莫斯科西南160公裏的卡盧加。接著，又突入了距莫斯科西北150公裏的加裏寧。10月30日，攻占了姆岑斯克，跟著又撲向圖拉。同時，西麵的德軍也在加緊向莫斯科猛攻。他們下一步的目標是博羅金諾周圍的中央防禦陣地。至此，德軍對莫斯科的進軍已經完成了三分之二的路程，被征服的蘇聯土地已經達到了三倍於法國的疆土。
麵對著德軍的強大攻勢和蘇軍的連連失利，斯大林從海參崴調來了一支訓練有素且有強大武器裝備的西伯利亞精銳步兵師，堅守距莫斯科100公裏的博羅金諾。這支英勇頑強能征善戰的部隊經過四晝夜的反複衝擊，但卻戰果平平，隻好在10月18日放棄了莫紮伊斯克。但德軍傷亡也很慘重，付出了相當的代價。
已經處於前線險象環生的莫斯科於慌亂中處理著一些大事。
克裏姆林宮裏在開始銷毀文件，列寧的遺體也從紅場移到了安全的地方，位於市內的國防工廠和科學文化機關緊急東遷。10月15日，各國外交使團隨部分蘇聯機關遷往古比雪夫。以斯大林為首的國防委員會、最高統帥部和參謀部留在市內組成作戰指揮部。
20萬莫斯科人應征入伍，經過四天的簡單訓練就被派往前線防守陣地。
在蘇軍的拚死抗擊下，法西斯鐵蹄的攻勢受阻。到11月7日革命24周年紀念日這天，蘇聯照常在莫斯科舉行傳統的閱兵式，在紅場接受了斯大林等國家領導人檢閱的紅軍經過列寧墓前直接開赴炮火連天腥風血雨的大戰前線，至此，蘇聯人堅強不屈的決心已經代替了恐慌和驚懼。
11月15日，德軍再次向莫斯科發動了猛烈的攻勢，到27日夜，其前鋒離莫斯科已不到25公裏。12月2日，德軍一個偵察營突入市郊的希姆基，用望遠鏡已可看到克裏姆林宮的尖頂。
但是，老天幫了蘇聯人的忙，零下30多攝氏度的嚴寒令德軍難以承受。因為希特勒一直自信他在1941年冬季到來之前就會摧垮蘇聯取得勝利，因而根本就沒有為軍隊提供任何有效的防寒裝備。
德軍在天寒地凍中緩慢地向蘇軍防線推進，但剛剛艱難地推進60公裏，就已付出了傷亡25萬人的慘重代價，還有難以數計的德軍被嚴重凍傷。德軍參謀總長哈爾德無奈地發出這樣的哀鳴：
“我軍步兵的戰鬥力和物資供應已經到頭了”，攻勢“已經到了山窮水盡的地步”。
德軍的頹勢給蘇軍造成了難得的戰機。蘇軍乘德軍因預備隊用盡不得不轉入防禦而又立足未穩之際，於12月5日、6日向德軍展開大反攻。盡管希特勒撤換前線指揮官並親任陸軍總司令，但到1942年1月7日，中路德軍仍被擊退100公裏至150公裏。經過近3個月的戰鬥，到4月中旬，德軍傷亡83萬多人，被擊退150公裏至400公裏，蘇軍根本解除了敵人對莫斯科和北高加索的威脅，改善了列寧格勒的處境，收複了刻赤半島。莫斯科保衛戰的光輝勝利，打破了自二戰以來法西斯德國不可戰勝的神話。
太平洋和遠東戰場
蘇德戰爭爆發以後，日美兩國在太平洋地區的矛盾終於演變到非訴諸武力無法解決的地步。1941年12月8日，日軍偷襲珍珠港成功，太平洋戰爭爆發。同日，美英兩國與日本互相宣戰。11日美國與德意兩國互相宣戰。
23日，中國在抗戰四年半之後正式對日本宣戰，同一天還對德意兩國宣戰。至此，第二次世界大戰的規模更加擴大了，並促成了世界反法西斯同盟的最後形成。
日本統治集團為擴大對外侵略，素懷南進入侵南洋和北進攻打西伯利亞的野心。奪取中國是日本的首要目標，對其南進和北進也是一個中間突破的戰略。1938年7月和1939年5月，日本在北滿同蘇、蒙兩國毗連的邊界地區先後挑起張鼓峰事件和諾門坎事件，遭到蘇聯的迎頭痛擊後，它的北進野心暫時收斂。但是，英法等國在1940年西歐戰役中的迅速慘敗，卻使日本似乎看到了在南進中擺脫侵華困境的希望。對日本而言，南進至少有三大利好：可以奪取南洋的石油、橡膠、錫、鋁、礬土等戰略資源，保證日本奇缺的戰略物資供應，以支持其侵略擴張活動；可以切斷中國通過印度支那和緬甸得到的外來援助，壓蔣介石投降，結束中國戰爭；可以把英美法荷在東南亞的殖民地攫為己有，進而南下澳大利亞，稱霸西南太平洋，西進印度洋與希特勒的軍隊在中東或印度洋會師。