再說西北方向，在西北方向組織防禦的是西北方麵軍的第8、第1和第27集團軍，共有44萬人，庫茲涅佐夫任司令員。西北方麵軍與防守列寧格勒的北方麵軍合作，由伏羅希洛夫元帥統一指揮。他們的主要任務是，防守蘇聯十月革命的搖籃、有蘇聯第二首都之稱的列寧格勒。
德軍的攻勢十分淩厲，很快占領了維爾紐斯、陶格夫匹爾斯、裏加。斯大林再也按捺不住對庫茲涅佐夫的失望，他決定改組西北方麵軍，撤消庫茲涅佐夫上將司令員的職務，由原第8集團軍司令索賓尼科夫少將接任，瓦圖京中將任參謀長。
但是，倉促改組的班子一時無法扭轉被動局麵，德軍就像潮水一樣繼續向蘇軍衝來，處於被動之中的蘇軍不僅沒有還手之力，也沒有招架之功。集團軍在寬大的正麵上作戰，又沒有建立縱深梯次防禦所需的兵力兵器，預備隊又沒能及時趕到。結果，德軍從行進間占領了普斯科夫城，打開了通往列寧格勒的最後一道門戶。
西南方向的情況盡管比前麵兩個方向要好些，但是也不妙。到7月初，德軍在南翼推進了300～350公裏，蘇軍在南翼共死172323人，傷69271人，平均每天死傷16106人。
這樣，在短短的3個星期，蘇軍就向後後退了300～600公裏，德軍占領了拉脫維亞、立陶宛全境、白俄羅斯大部、烏克蘭和摩爾多瓦的部分領土，並進入俄羅斯聯邦西部，進抵列寧格勒遠接近地，威脅到斯摩梭斯克和基輔。蘇軍死58萬餘人，傷10餘萬人，並損失了大量物資裝備。
蘇聯曾竭力掩蓋自己的失利，隨著歲月的流逝和蘇聯的解體，蘇軍嚴重失利的原因逐步浮出水麵。從總體上看，蘇軍在戰爭初期嚴重失利的原因是多方麵的，其中最主要的原因有以下幾個方麵：
首先，蘇德戰爭爆發時間判斷失誤是造成蘇軍失利的首要原因。蘇軍總參軍事學院院長謝他·伊萬諾夫大將認為，時間判斷失誤對蘇軍的初期失利起了決定性的影響。朱可夫元帥也曾指出：“對時間判斷錯誤這個消極因素，作用雖然逐漸減弱，但極大地增強了敵人客觀上的優勢，加強了他們暫時的優勢，造成了我們在戰爭初期的嚴重情況。”
譬如，由於通信指揮係統尚未做好迎戰的準備，結果到6月21日向西部邊境軍區下達進入一級戰備的命令時，朱可夫、鐵木辛哥從21日17時左右開始，直至22日零時30分才下達完畢，曆時7個半小時。戰爭開始後，由於有線通信遭受嚴重破壞，大部分部隊又沒有無線電通信工具，上下左右之間的聯係十分困難，各部隊各自為戰，局勢一片混亂。統帥部不得不根據主觀意誌定下決心，這種狀況又進一步加劇了混亂。
國防人民委員部和總參謀部的組織體製也不符合戰時要求，因而不得不加以改組。結果造成大規模的人事變動。僅以總參謀部為例，6、7月間變動了393人，而且主要是領導幹部。作為軍隊大腦的總參謀部，在戰事緊急的情況下做如此大規模的人事變動，其後果是可想而知的。
其次是對蘇德戰爭初期戰法判斷失誤。蘇聯對德國侵略是有一定警惕的，但對德國一下子投入規模如此巨大的兵力實施首次突擊卻沒有料到，認為兩軍將先在邊境交戰，然後才會投入主力作戰。這樣蘇軍在防禦時缺乏縱深梯次防禦，兵力部署主要在國境一線上。蘇軍準備在邊境交戰後才進行全麵動員，集中和展開主力準備決戰，這大大延誤了戰機，喪失了禦敵良機。
加上戰前製定的作戰計劃以及部隊的部署、邊境築壘工事的構築、倉庫和作戰物資的配置都深受禦敵於國門之外和對戰爭初期認識的影響。戰前蘇軍總參謀部提出並幾經修訂的作戰計劃，始終把以強大的反擊將戰鬥行動迅速推到敵領土上去視為主導思想，計劃根本沒有考慮在敵人大規模進攻下的防禦問題，更不要說必要的退卻了。在軍隊的部署上，擔任掩護的第一梯隊隻有少數部隊配置在國境線上，大部分軍隊駐在離邊境8～20公裏或更遠的營房裏。而預備隊又分布在離邊境不遠的地區，根本沒有考慮縱深防禦、物質技術器材的儲備點，機場也是從便於部隊反擊考慮的，大多配置在離邊境近的地域，因此，戰爭爆發後，在德軍強大炮火和航空火力的突擊下損失慘重。
斯大林對德軍主突方向判斷失誤對西方麵軍的失利也密切相關。
戰前，斯大林認為，德軍未來對蘇作戰的主要突擊方向將在西南方向，因為在他看來，蘇德戰爭將是一場長期的大規模戰爭。