希特勒妄圖消滅蘇聯的野心雖然由來已久，但是製定侵蘇戰爭的計劃還是在法國投降以後。1940年7月21日，他要求陸軍總司令勃勞希奇為此進行準備。10天以後，希特勒在伯格霍夫舉行的一次會議上公開表明了自己主要的戰略目的。他說：“如果俄國被摧毀，英國的最後希望就被粉碎。那時，德國就將成為歐洲和巴爾幹的主人。”他設想“最初將發動兩個攻勢：一個是在南方向基輔和第聶伯河進攻，第二個是在北方通過波羅的海國家，然後向莫斯科進攻。兩支軍隊在莫斯科會師。在這以後，必要時將進行一次特殊作戰，以獲得巴庫油田。”從這次會議後，擬訂入侵計劃的工作就逐步展開。
製訂計劃的工作由陸軍總參謀部，最高統帥部的作戰局以及經濟和軍備局負責。為此，對蘇聯的地形、兵力、物資儲備、工業設施進行了詳細的調查。計劃製定後，德軍統帥部於1940年11月28日至12月3日，在措森進行了一次大規模的戰役演習，以檢查作戰計劃的可靠性和現實性。這次演習後，德軍高級領導人對勝利充滿信心。與此同時，他們也還感到有許多困難，特別是空間和人力上的困難。蘇聯西部形若喇叭，突入越深，正麵就越寬。除非在貝帕斯湖——明斯克——基輔一線以西將蘇軍主力殲滅，否則德軍就沒有足夠的力量扼守深入腹地時不斷拉長的戰線。此外，後備兵力不足，車輛汽油隻有三個月的儲備。有些高級將領還擔心，進攻蘇聯可能會重犯第一次世界大戰中兩線作戰的錯誤，因而企圖說服希特勒放棄這種冒險。但是希特勒一意孤行，決定暫時擱置進攻英國的“海獅計劃”，集中力量先擊敗蘇聯，然後再解決英國的問題。
1940年12月18日，希特勒發布第二十一號訓令，代號為“巴巴羅薩”計劃。希特勒所以要用十二世紀神聖羅馬帝國皇帝菲特烈·巴巴羅薩的名字來為其反蘇戰爭計劃命名，無非是想給這些戰爭塗上“聖戰”的色彩。
希特勒發布的第二十一號絕密訓令說：
“德國武裝部隊必須準備在對英國的戰爭結束以前，以一次快速的戰役擊潰蘇聯。為此目的，陸軍必須動用一切可以調動的部隊，但是有一個條件，就是必須保衛已被占領的領土以防突然襲擊……
“準備工作……必須在1941年5月15日以前完成。必須非常謹慎，以防泄露進攻的意圖。”
“巴巴羅薩”計劃總的戰略目的是：在對英國的戰爭結束以前，以一次快速的戰役擊潰蘇聯。該計劃的製定者企圖以大量坦克部隊、摩托化部隊及航空部隊進行“閃電”式的突然襲擊，分割圍殲蘇聯西部紅軍主力，爾後向戰略縱深發動進攻，攻占列寧格勒、莫斯科和頓巴斯，前出到阿爾漢格爾斯克、伏爾加河、阿斯特拉罕一線，並於1941年入冬前結束戰爭。為此，德軍最高統帥部集中了181個師又20個旅，4300輛坦克，4．7萬餘門火炮和迫擊炮，4980架飛機，193艘艦艇，總兵力為550萬人，編成3個集團軍群和3個獨立行動的集團軍，準備在3個戰略方向上實施進攻。
北方集團軍群，由萊布元帥指揮，轄第十六、第十八集團軍和坦克第四集群，共29個師，在第一航空隊1070架飛機支援下，自東普魯士的哥尼斯堡（今加裏寧格勒）以東向陶格夫匹爾斯、普斯科夫方向實施進攻，以便在有利條件下向列寧格勒推進。
中央集團軍群，由博克元帥指揮，轄第四、第九集團和坦克第二和第三集群，共50個師又兩個旅，在第二航空隊1600架飛機支援下，自波蘭華沙地區向布列斯特、明斯克方向突擊，割裂蘇軍防禦的戰略正麵，圍殲白俄羅斯境內的蘇軍，爾後向斯摩棱斯克方向進攻，直指莫斯科。
南方集團軍群，由龍德施泰特元帥指揮，轄第六、第十一，第十七集團軍，羅馬尼亞第三、第四集團軍，坦克集群和匈牙利一個快速軍，共57個師又13個旅，在第四航空隊和羅馬尼亞空軍共1300架飛機的支援下，自波蘭的赫爾姆，熱舒夫向科羅斯堅、基輔方向進攻，奪占基輔及其以南地域內的第聶伯河渡口，然後沿第聶伯河右岸向東南發起進攻，以便協同自羅馬尼亞境內進攻的軍隊，消滅右岸烏克蘭的蘇軍，強渡第聶伯河，向頓巴斯發動進攻。
德軍的“挪威”集團軍和芬蘭的東南集團軍，卡累利阿集團軍，共21個師又3個旅，在挪威和芬蘭境內展開，由德軍第五航空隊和芬蘭空軍900餘架飛機進行支援，奪取列寧格勒。
“巴巴羅薩”計劃原規定，各項準備工作“必須在1941年5月15日以前完成”，後來，由於巴爾幹戰爭不可能在5月中旬結束，希特勒決定將原定入侵的日期推遲到6月22日。
希特勒為了欺騙斯大林，為了隱蔽進攻蘇聯的戰略意圖。對各項戰爭準備工作，特別是對軍隊的集中和展開，采取一係列的政治欺騙和戰略戰役偽裝措施。在外交上通過各種形式表示要與蘇聯“友好”，主動與蘇聯政府簽訂互不侵犯條約，並一再聲稱要恪守這一條約。1940年2月和1941年1月又與蘇聯簽訂貿易協定，並以此作為蘇德兩國“和平友好的範例”大肆進行宣傳，但暗中卻在加緊侵蘇戰爭的準備。在“巴巴羅薩”計劃簽署後，希特勒一反常態，批準出售給蘇聯新式飛機和一些先進的技術兵器。因為他很清楚，進攻蘇聯已為期不遠，對方的國防工業來不及利用他們的新技術，而做出這種姿態，倒可迷惑一下蘇聯。在軍事上德軍統帥部故意製造準備執行“海獅計劃”的輿論。在英吉利海峽東岸的港口，張貼了“打到英國去，活捉丘吉爾！”的標語，並給部隊大量印發英國地圖，配備英語翻譯，在海峽沿岸集結大量渡海、登陸器材，配置假火箭，還進行了頻繁的登陸演習，以此來掩飾“巴巴羅薩”計劃。為了避免蘇聯對德軍東調產生疑慮，希特勒指令德國駐蘇的外交人員向蘇聯進行所謂“解釋”：如向波蘭調集軍隊時，德國使館通知蘇聯說，這是為了派新兵去接替即將退伍的老兵，當其部隊進駐羅馬尼亞時，詭稱隻是派了一些“教官”去協助該國進行軍事訓練。德軍還利用實施“馬利他”戰役（入侵希臘）和“向日葵”戰役（在北非發動戰爭的掩護），將“A”集團軍群調到東線，並散布假情報，揚言要實施“黑葡萄”戰役（占領直布羅陀）、“阿提拉”戰役（占領法國南部）和“魚叉”戰役（從挪威入侵英國），企圖把人們的注意力吸引到上述地區，以保障德軍隱蔽地向東線調集。