Главный удар немцы наносили в Белоруссии. 26 июня пал Минск, где оказались окружены основные силы 4-й и 13-й армий Западного фронта. Две другие армии, 3-я и 10-я, оказались отрезаны в Белостокском выступе. Общее число пленных достигло 330 тысяч человек. Сталин обвинил в поражении руководство Западного фронта и расстрелял его штаб во главе с командующим генералом Д. Г. Павловым. Войска советского Юго-Западного фронта, имея шестикратное превосходство в танках над немецкой группой армий «Юг», нанесли встречный контрудар, но были разбиты в большом танковом сражении в районе Луцк – Дубно, во многом благодаря господству в воздухе люфтваффе. Сказалось и то, что советские танкисты довольно бестолково маневрировали, напрасно расходуя моторесурсы и горючее, и плохо умели ремонтировать вышедшие из строя машины. Уже к 30 июня безвозвратные потери танков на Юго-Западном фронте составили 2648 танков из 4200 введенных в бой. Им противостояли лишь 750 немецких танков, в том числе лишь 210 – средних, а остальные – легкие, тогда как одних Т-34 и КВ здесь насчитывалось 761. Советские войска вынуждены были оставить Львовский выступ и отойти к Днепру. Во второй половине июля в районе Умани были окружены и уничтожены 6-я и 12-я советские армии.
Прорыв группы армий «Центр» в Белоруссии и выход 4-й танковой группы Гота и 2-й танковой группы Гудериана 16 июля к Смоленску лишил устойчивости весь фронт Красной армии. Второй эшелон советских войск на Украине, где Сталин перед войной планировал нанести главный удар, был срочно переброшен к Смоленску. Это позволило на месяц задержать здесь немецкие войска, но в Прибалтике и на южном крыле Красная армия вынуждена была отступать. В ходе Смоленского сражения немцам удалось взять около 180 тысяч пленных из состава окруженных в городе советских войск, но сил для развития наступления на Москву было недостаточно.
21 августа 1941 года Гитлер издал директиву, которую Гальдер назвал «решающей для всей Восточной кампании». Она гласила: «Важнейшей задачей до наступления зимы является не захват Москвы, а захват Крыма, промышленных и угольных районов на реке Донец и блокирование путей подвоза русскими нефти с Кавказа. На севере такой задачей является окружение Ленинграда и соединение с финскими войсками. На редкость благоприятная оперативная обстановка, сложившаяся в результате выхода наших войск на линию Гомель, Почеп, должна быть незамедлительно использована для проведения операции смежными флангами групп армий „Юг“ и „Центр“ по сходящимся направлениям. Цель этой операции – не только вытеснение за Днепр 5-й русской армии частным наступлением 6-й немецкой армии, но и полное уничтожение противника, прежде чем его войска сумеют отойти на рубеж Десна, Конотоп, Сула. Тем самым войскам группы армий „Юг“ будет обеспечена возможность выйти в район восточнее среднего течения Днепра и своим левым флангом совместно с войсками, действующими в центре, продолжать наступление в направлении Ростов, Харьков».
Эта директива знаменовала собой временный отказ от наступления на Москву и поворот основных сил вермахта на юг с целью овладения промышленным и продовольственным потенциалом Украины. Одновременно группа армий «Север» должна была установить блокаду Ленинграда и не допустить тем самым активных действий советского флота на Балтике против транспортов, доставлявших из Швеции жизненно важную для экономики Германии железную руду.
В результате наступления на Киев основные силы Юго-Западного фронта оказались в окружении. С севера кольцо замкнули войска 2-й танковой группы и 2-й армии, с юга – 1-й танковой группы и 17-й армии, захватившие плацдарм на восточном берегу Днепра у Кременчуга. Сталин и начальник Генштаба маршал Шапошников опоздали с отходом войск Юго-Западного фронта из излучины Днепра и с оставлением Киева, несмотря на просьбы командующего фронтом генерала Кирпоноса и главнокомандующего войсками Юго-Западного направления маршала Буденного. Сталин надеялся, что Брянский фронт генерала Еременко разобьет танковую группу Гудериана или, по крайней мере, не позволит ей выйти в тыл Юго-Западному фронту. Но Еременко не преуспел в выполнении этой миссии.