Как и любой стратегический план, идеи военачальников были обкатаны на теоретических учениях. Три проведенные Паулюсом штабные игры убедительно продемонстрировали, что даже при самых благоприятных предположениях о противнике имеющихся в наличии германских сил все равно не хватало. После этого, вспоминает обер-квартирмейстер, «раздавалось много тревожных голосов как по поводу допустимости всей операции, так и по поводу трудностей, связанных с выполнением поставленной задачи». Однако Гитлер, присутствовавший на штабных играх, развеял все сомнения и заявил, что план его вполне устраивает. «Важнейшая цель, — сказал он, — не допустить, чтобы русские отходили, сохраняя целостность фронта. Наступление следует вести так далеко на восток, чтобы русская авиация не могла совершать налеты на территорию германского Рейха и чтобы, с другой стороны, немецкая авиация могла наносить удары с воздуха по русским военно-промышленным районам. Для этого необходимо добиться разгрома русских вооруженных сил и воспрепятствовать их воссозданию. Уже первые удары должны быть нанесены такими частями вермахта, чтобы можно было уничтожить крупные силы противника. Поэтому подвижные войска следует использовать на смежных флангах обеих северных групп армий, где будет наноситься главный удар. На севере необходимо добиться окружения вражеских сил, находящихся в Прибалтийских странах. Для этого группа армий, которая будет наступать на Москву, должна иметь достаточно войск, чтобы быть в состоянии повернуть значительную часть сил на север. Группа армий, наступающая южнее припятских болот, должна выступить позже и добиться окружения крупных вражеских сил в Украине путем совершения охватывающего маневра с севера. Предусмотренная для проведения всей операции численность войск в 130–140 дивизий достаточна». 18 декабря 1940 года Гитлер подписан полностью разработанный план, дав ему название «Барбаросса», или директива № 21.
Согласно этому сверхсекретному документу, операцию по разгрому СССР планировалось начать 15 мая 1941 года. По мнению исследователя С. Переслегина, совпадающему с точкой зрения некоторых немецких и советских военачальников. на то время операция «Барбаросса» была самым нежелательным вариантом развития событий. Аргументы противников плана молниеносной войны можно свести к следующему: Германия, вступив на территорию СССР, не только связывала свои войска на востоке, в лишенной дорог местности, откуда части и соединения при всем желании было невозможно быстро вытащить, но и лишалась экономического «окна в мир». Немецкое государство могло получать и получало из нейтральной страны Советов любые необходимые ему для ведения войны материалы. В частности, верный взятым на себя обязательствам, СССР даже в ночь с 21 на 22 июля 1941 года отгрузил для «дружественной» Германии несколько эшелонов железной руды и редкоземельных металлов. В условиях войны фашисты рассчитывали, согласно грабительскому плану «Ост», многое из советских ресурсов взять бесплатно. Однако опыт показал, что советско-германское экономическое сотрудничество давало Третьему рейху несомненно больше.
Сплошные проигрыши для Германии содержал план «Барбаросса» и в тактическом отношении. Главный удар, по замыслам немецких стратегов, наносился на центральном направлении, где на 500-километровом фронте разворачивались 48 дивизий, из которых 10 — подвижные. Вспомогательное наступление на Киев в пределах 1250 км обеспечивали 49 дивизий, в том числе 7 подвижных. Указанное количество составляли войска союзников, прежде всего Румынии. На севере находились 29 дивизий, из них 5 танковых и моторизованных. Перед ними вообще не была поставлена определенная оперативная задача. Подобное «равномерное и пропорциональное» разворачивание не обеспечивало решающего успеха ни на одном из направлений. Вместе с тем, предполагалось закончить уничтожение основных сил русской армии к двадцатому дню войны.
В директиве № 21 говорилось: «Театр военных действий разделяется припятскими болотами на северную и южную части. Направление главного удара должно быть подготовлено севернее припятских болот. Здесь следует сосредоточить две группы армий. Южная из этих групп, являющаяся центром общего фронта, имеет задачу наступать особо сильными танковыми и моторизованными соединениями из района Варшавы и севернее ее и раздробить силы противника в Белоруссии. Таким образом, будут созданы предпосылки для поворота мощных частей подвижных войск на север, с тем, чтобы во взаимодействии с Северной группой армий, наступающей из Восточной Пруссии в общем направлении на Ленинград, уничтожить силы противника, действующие в Прибалтике». После успехов, достигнутых на этих направлениях, предусматривалась 20-дневная пауза, затем — окончательное наступление на Москву, предполагающее уничтожение последних 30–40 русских дивизий. Эта фаза кампании, впрочем, в плане вообще не прорабатывалась.