T-34坦克比Ⅲ型和Ⅳ型坦克重和快，它的出現立刻令德國人不知所措。在第一次同T-34的交戰中，第16裝甲師的反坦克炮手們發現，在不到100碼的近距離內，他們可以數清37毫米炮彈從敵人坦克傾斜的裝甲鋼板上彈回的數目。但是，缺乏訓練的蘇聯坦克手再次使戰局向有利於德軍裝甲部隊的方向發展。他們的指揮官在混亂的攻擊中分散了坦克兵力，違反了古德裏安將軍最大限度集中兵力的理論——“不要少量，而要大規模。”另外，T—34坦克的炮手還擔任四人坦克成員的指揮官，這一雙重職能幹擾了有效和迅速射擊。對於德國人來說，他們很快學會通過首先消滅老式坦克從而孤立新式坦克。然後他們利用飛機、坦克和火炮聯合向KV和T-34坦克發動猛烈打擊——包括88毫米高射炮水平射擊。
克萊斯特經過一個星期的連續作戰後突破了敵人防線，但是他們未能按預期包圍敵軍。俄國坦克和步兵或多或少完整地撤退並在東部150英裏處（斯大林防線工事後麵）重新集結。即使在那裏，距離基輔西和西南100英裏，德軍還是於7月7日突破了這條防線，但是在迫使俄國人又一次撤退到第聶伯河前，德軍不得不用坦克和飛機又猛烈進攻了好幾天。
當他們隆隆地向前挺進時，德軍坦克和部署在他們兩翼的掩護步兵除了對付正前方出現的敵人，還遇到許多其它問題。在德軍先頭部隊後麵一百英裏的地區，小股的紅軍部隊仍在繼續戰鬥，這些來自後方的進攻不斷地造成致命的打擊。在克萊斯特進攻路線的北邊，有幾個蘇聯師躲藏在普裏皮亞特森林沼澤地裏，不斷攻擊德軍的側翼部隊。一次，他們曾經短暫地切斷第1裝甲集群的主要補給線路。在一次持續兩天的交戰中，一個德國步兵營死傷了170人——幾乎是它有效戰鬥力的四分之一。
德軍計劃者既沒有預料到這些問題，也沒有預料到烏克蘭惡劣的地形和氣候。被德軍標出為公路的道路基本上不存在，可以搞到的俄國地圖非常不精確。“在地圖上用粗紅線表示良好的道路結果是些小路，”龍德施泰特後來回憶。突然而降的雷暴雨令這些小路變成沒膝的深黑色泥濘沼澤，聯想到大部分德軍乘坐的車輛所用的人造橡膠車輪，部隊戲稱這種路為橡膠。當烏克蘭的黑土地變幹時，它又揚起大量的細小灰塵，灰塵飛進人的肺裏和機器的引擎裏，而且還會讓人產生錯覺，使士兵的正常心態受到影響。一次，一整連的德軍摩托車兵衝進路邊的溝裏，當他們膽怯地爬出來時卻發現，灰塵中隱隱出現的敵人坦克原來是一輛農民裝滿大糞的四輪馬車。
在泥濘、灰塵和敵人頑強不屈的打擊下，龍德施泰特從羅馬尼亞發動進攻的南翼部隊的速度也放慢了，但是主要問題是缺乏坦克和空中支援。德國和羅馬尼亞部隊7月1日全部越過普魯特河並穿過蘇聯一年前吞並的羅馬尼亞的比薩拉比亞省向東北方向運動。這些士兵本應當去援助包圍基輔東南的蘇聯軍隊，但是他們蝸牛般的進度——平均每天前進8英裏——使他們根本沒有希望按時到達。
同時，北翼部隊突前得很遠。克萊斯特的一個裝甲縱隊攻破了斯大林防線並向東全速前進。到7月10日，坦克已經到達距基輔不到12英裏的地方——但是無法進一步推進。希特勒出來幹涉了。他禁止德軍裝甲部隊進入該城並且命令克萊斯特向南進軍切斷撤退的蘇軍。
在漫長俄國防線的中段，德國侵略者取得了最輝煌的勝利。三支先頭部隊中最強大的中央集團軍群由第2裝甲集群和第3裝甲集群，第4和第9兩個步兵集團軍組成，所有部隊歸馮·鮑克陸軍元帥指揮。兩支裝甲集群像鐵鉗一樣分別從波蘭發起進攻，相距大約125英裏，向白俄羅斯進軍，目的是晚些時候在進行大包圍時合攏巨大的鐵鉗。
在不到一個星期的時間，裝甲部隊——古德裏安將軍指揮的第2裝甲集群和赫曼·赫特將軍指揮的第3裝甲集群——越過邊界向前推進了將近250英裏。6月27日，他們的鐵鉗臂從南北兩個方向在明斯克市合攏，在所謂的第一次包圍戰役中包圍了近50萬蘇聯軍隊。一天後，兩個德國步兵集團軍在蘇聯領土縱深約100英裏的比亞韋斯托克東麵合攏了一個較小的包圍圈。
許多被圍的紅軍部隊懷著可怕的革命熱情向外突圍。
古德裏安的第29摩托化步兵師的士兵驚愕地看到俄國人不斷發起自殺式的人浪進攻。在他們前麵紅軍手挽手並舉著像長矛一樣的固定的堅硬長刺刀，他們無畏地呐喊，麵對死亡勇往直前地向德軍的機槍火力衝去。
除了打死成千上萬的敵人，德國人還在兩個包圍圈裏俘虜30萬人並摧毀或繳獲2500輛坦克。蘇聯最高統帥部最初一直願意接受犧牲，但是損失太大了。前線的紅軍指揮官狄米特裏·巴甫洛夫大將和他的主要參謀人員於6月30日被召回莫斯科。他們都被處決了。