斯大林似乎忽視了種種德國即將入侵的跡象。他沒有說過一個字以表示公開抗議，也禁止政府控製的新聞媒體討論這些事情，並且沒有表現出要動員他的武裝部隊的意思。充分認識到1914年由於沙皇尼古拉二世動員部隊從而引發了德國的宣戰，斯大林決定不給希特勒同樣的借口。俄國領袖顯然認為希特勒，除非他被激怒，在沒有發出某種最後通牒前不會挑起戰爭。為了安撫希特勒，斯大林甚至繼續按照同德國達成的一項貿易協定用船向德國運輸穀物和其他物資。與此同時，他深謀遠慮地同日本談判一個中立條約。
斯大林竭力想為他的武裝部隊贏得時間。紅軍正在進行一個現代化革新計劃以彌補芬蘭戰爭期間暴露出來的許多不足之處。同時，剛被任命為最高統帥部參謀長的格奧爾基·朱可夫將軍正在加速完成他全麵防禦的計劃。朱可夫的計劃是對30年代製定的蘇聯進攻戰略的改進。沒有在邊境附近部署大量的防禦部隊，而是在150多英裏的縱深建立3條連續的防線。朱可夫希望這3個防區能夠鉗製德國裝甲部隊的進攻，以便使最後梯隊，即戰略預備部隊，組織一次決定性的反擊。
春季末期，沿邊界部署的德國入侵部隊人數超過了蘇聯第一條防線（據估計為100萬人），比例高於三比一。德軍由150個師組成：其中19個是裝甲師，以及14個摩托化步兵師。入侵者的主要目標是通過坦克縱深進攻包圍蘇聯紅軍，並在邊界與由德維納河和第聶伯河形成的南北走向的戰線之間殲滅紅軍，這個區域向東伸展大約有300英裏。
按照計劃，在6月的侵略戰爭中入侵部隊分為3個集團軍群。北方集團軍群規模最小。它的31個師向東北移動，從東普魯士進入拉脫維亞，清除波羅的海國家，並占領列寧格勒。芬蘭將提供援助，在德國入侵後的兩個半星期以14個師的兵力從北方發起進攻。中央集團軍群規模最大。它的57個師將進攻普立伯特沼澤北部，一片遼闊的沼澤地沿邊界延伸150英裏。這個集團軍群的兩個平行縱隊向東插入白俄羅斯，進攻斯摩棱斯克和莫斯科。南方集團軍群，由48個師組成，被分為兩個龐大的獨立側翼部隊。強大的北翼部隊沿著普立伯特沼澤南部邊緣向東進攻烏克蘭。它的目標是第聶伯河和基輔城。規模相對較小的南翼部隊，由六個德國師和約20萬人的羅馬尼亞部隊組成，於7月1日越過羅馬尼亞邊界發起進攻。這樣，除了陸軍總司令部的14個戰略預備師以外，所有部隊在頭兩個星期內都投入作戰。
巴巴羅薩行動按照計劃於6月22日淩晨三點剛過就開始了。夜幕開始撤去時，成千上萬門德國火炮立刻噴發出令人恐懼的掩護炮火。上百架轟炸機閃電般越過邊界線攻擊邊境以東200英裏的蘇聯機場和部隊集結地。然後坦克開始進攻，坦克兩側懸掛著口糧包和附加油料液體罐。
庫佐奧·馬拉帕蒂，南方集團軍群的意大利隨軍記者，描寫了攻擊最初幾小時的景象：“坦克的排氣管噴出藍色的煙舌。空氣中彌漫著刺鼻的氣體，硝煙的淺藍色混雜在草地潮濕的綠色和玉米地的金色反光中。呼嘯而過的施圖卡轟炸機編隊下麵，坦克機動部隊猶如在摩爾多瓦平原的遼闊石板上用一支鉛筆劃出的一條條細線。”
許多坦克先頭部隊和緊隨後麵的步兵部隊不得不越過險峻的天然障礙。在中部，他們麵對布格河，布格河自從1939年起就成為蘇聯和德國占領的波蘭的界河。乘坐橡皮艇的步兵冒著蘇聯的炮火占領了對岸，並讓作戰工程兵部隊修建了浮橋。步行和乘坐摩托車的進攻部隊在蘇聯紅軍被動員前，穿過現有的橋梁突然襲擊防禦部隊並令他們的炮火攻擊能力完全癱瘓。攻擊的突然性令蘇聯紅軍的前沿部隊措手不及，德國人完好無損地占領了布格河沿岸的每一座重要橋梁。
在布列斯特—裏托夫斯克老邊界堡壘的北部，第18裝甲師的80輛坦克沒有架設橋梁就穿越了布格河。它們幹脆鑽入13英尺深的河水，在河床上行進。這些原先設計用來人侵英國的兩棲坦克，是專門經過改裝用於水下行進的常規III型和Ⅳ型坦克：一種防水化合物封住了所有的坦克外部出口，除了坦克外殼和炮塔之間的空隙，這個空隙用一種可膨脹的橡皮圈封住。鋼管供給新鮮空氣和排出廢氣，這些鋼管是後來裝備於潛艇的通氣管的前身。穿越河水的兩棲坦克得到了德軍50個炮兵連的炮火掩護。
“一個壯觀的景象，”第18師指揮官瓦爾特·尼赫林少將回憶道，“但是沒有起到任何作用，因為俄國人非常機智地將部隊撤出了邊界地區。”
當裝甲部隊從波羅的海到喀爾巴阡山脈衝破敵人的防線時，德國空軍開始了它的空中打擊。首要目標是德國高空偵察機拍攝下的前沿機場。德國飛行員非常高興地發現地麵機場的景象同他們研究過的和平時期的照片驚人的一致。“我們簡直不敢相信自己的眼睛，”在利沃夫地區駕駛梅109戰鬥機的漢斯·馮·哈恩上尉彙報。“一排排的偵察機、轟炸機和戰鬥機像是檢閱一樣排列成行。”