1941年7月22日夜，占領斯摩棱斯克不到一個星期，德國人襲擊了莫斯科——不是從地麵，而是從空中。為了響應希特勒夷平蘇聯首都的號召，德國空軍出動127架雙引擎轟炸機，攜帶了104噸高爆炸彈和4.6萬枚燃燒彈。在它們目標以西大約20英裏處，轟炸機遇到了探照燈的藍白閃光，接著防空炮火猛烈打響。高射炮彈的爆炸和探照燈的盲目照射打散了德國飛機的隊形，炸彈漫無目的地扔到城市中。燃燒彈擊中了克裏姆林宮的房頂，但是17世紀時期的堅固磚瓦阻擋了小型炸彈的穿入，沒有造成大大的損失。
7月的這次轟炸以及這一年以後進行的其它轟炸，未能對這次戰役產生決定性的影響。德國人既沒有足夠的轟炸機也沒有足夠的炸彈，除了簡單地威嚇莫斯科的平民外，別的目的都達不到。但是在地麵，德國的裝甲部隊已經推進到距首都不到200英裏的地方，而且市民們預測他們隨時會抵達。但是夏天過去了，沒有坦克出現。德國領導人糾纏於關於戰略目標的鬥爭上，而且當他們為“巴巴羅薩”行動的優先順序而爭吵不休時，德軍對蘇聯首都的進攻停止了。
當中央集團軍群的裝甲部隊越過斯摩棱斯克快速向前推進時，關於戰略目標的爭論越來越激烈。希特勒對裝甲先頭部隊已經推進500英裏感到很欣慰，但是他們挺進得越深，希特勒就越煩惱。他擔心部隊的側翼安全，害怕坦克和步兵之間的寬闊空隙將會使包圍計劃落空，包圍和消滅全部蘇聯集團軍的目的就不能實現。
希特勒在7月19日發布的33號命令和4天後下發的33A補充命令裏，表示了他的擔憂。在命令中，他要求轟炸莫斯科並下令實質上暫停從陸地向莫斯科挺進。命令中央集團軍群的兩個裝甲集群轉向側翼，赫曼·赫特的第3裝甲集群向北推進加入進攻列寧格勒的戰鬥，古德裏安的第2裝甲集群轉向南協助占領烏克蘭。
希特勒的命令應當不會使他的部下疑惑和驚訝。“巴巴羅薩”最初計劃要求在向莫斯科挺進過程中暫停進攻，裝甲部隊轉向南、北兩個方向。但是一直以來，陸軍司令部參謀總長弗朗茲·哈爾德以及其他主張全力攻打莫斯科的人自以為是地設想，當時機來臨時他們能說服元首放棄這個想法。
現在時機來了，關於“巴巴羅薩”目標的熟悉爭論——莫斯科或者列寧格勒和烏克蘭的側翼目標——達到沸點。希特勒和哈爾德是兩派意見的代表，哈爾德私下裏在他的日記和私人信件裏發泄不滿的同時，還正式反對希特勒的命令。“元首的不斷幹涉成為平常一件討厭的事情，”他寫道，“他又玩軍閥的把戲並用愚蠢的想法打擾我們。”
哈爾德確實讚成希特勒的部分觀點，承認需要保護中央集團軍群的側翼並向希特勒建議坦克縱隊暫停進攻，直到步兵趕上來。然而，他認為希特勒計劃將進攻重點從莫斯科轉向列寧格勒和烏克蘭將是一場災難。7月28日，他勸說希特勒推遲裝甲集群轉向側翼，但是元首仍然堅持停止對莫斯科的進攻。
但是，爭論遠沒有結束。幾個星期以來，來自高層憤怒的爭吵引起了一係列從司令部到最前沿裝甲先頭部隊的強烈反響：在那裏，閃電戰的頑固支持者，比如海因茲·古德裏安，將繼續堅持他們的意見。
正當德國高級官員猶豫不決時，中央集團軍群的部隊遇到戰役進行一個月以來最猛烈的抵抗。7月中旬，古德裏安的一個師占領斯摩棱斯克後，赫特的第3裝甲集群的先頭坦克部隊繞過斯摩棱斯克向北進攻。然後他們向右轉，企圖同古德裏安的坦克部隊會合並包圍斯摩棱斯克東麵強大的蘇聯軍隊。但是一名德軍參謀人員回憶，對坦克行動來說，這是糟糕得令人吃驚的地區。“巨大的原始森林、遼闊的沼澤地、可怕的公路和橋梁，無論公路和橋梁都不夠牢固，難以承載坦克的重量，”他寫道，“抵抗也非常頑強，俄國人開始在他們的防線布滿地雷。他們防守起來很容易，因為基本上沒有什麼公路。”道路的不發達已經嚴重困擾了德軍的進攻速度。
紅軍還用一種秘密武器向赫特的裝甲部隊發動進攻——喀秋莎，以一首廣為流傳的愛情歌曲裏女主人公的名字命名。它由多管火箭炮組成，射程達到4英裏。第一次火箭齊射猛烈地打向斯摩棱斯克東北魯德內亞的第5步兵師。當炮彈劃過空中發出令人恐懼的嗚嗚聲並且雨點般砸下來時，火箭炮不僅令德軍感到恐懼，而且前線的蘇聯人也很害怕，由於保密原因沒有告訴他們有這種武器。根據聲音和管狀發射架，德國人稱這種新式武器為“斯大林管風琴”。當赫特試圖從北麵包圍斯摩棱斯克時，古德裏安裝甲集群的一部分正從南麵進攻該城。但是，古德裏安沒有立即轉向北同赫特會合，而是派他的第10裝甲師進一步向東麵葉利尼亞進攻，葉利尼亞是斯摩棱斯克東南約40英裏一個位於主山脈上的鐵路樞紐。古德裏安心裏惦記著沒有合圍的莫斯科，他視葉利尼亞的高地為進攻莫斯科的跳板。經過一整天的戰鬥，他的裝甲部隊於7月19日晚攻占了葉利尼亞。占領和控製該城的努力阻止了古德裏安大舉向北移動同赫特會合以及封死包圍圈。
決定粉碎斯摩棱斯克附近正在形成的包圍圈，蘇聯人於7月23日發動了一次猛烈的反擊。許多來自後方的新編師投入到這次戰鬥，他們從東麵和東南麵發起反擊。同一時間，被圍困的兩個蘇聯集團軍成千上萬人的部隊為突破尚未合攏的包圍圈拚死戰鬥。那天晚上，至少5個師從東麵赫特和古德裏安之間的空隙突圍出去，德國空軍估計超過10萬蘇聯軍人從斯摩棱斯克包圍圈逃出去。
希特勒迅速得知突圍的消息，這對他決定放慢進攻莫斯科的速度產生了重大影響。他打電話嚴厲斥責中央集團軍群司令費多爾·馮·鮑克並派武裝部隊最高統帥部參謀長威廉·凱特爾前往鮑克的司令部以確保斯摩棱斯克包圍圈合攏，赫特的第20摩托化步兵師最終於7月26日將包圍圈關嚴。落在後麵的第9集團軍步兵花費了大量時間把被包圍的蘇軍趕到一起。直到8月5日，鮑克才以命令形式宣布斯摩棱斯克的包圍圈已經被消滅了，但是戰果仍給元首留下了深刻的印象：俘虜31萬人，摧毀和繳獲3205輛坦克和3120門大炮。
同時，古德裏安為確保南翼的安全，巧妙地在斯摩棱斯克東南70英裏的鐵路中心羅斯拉夫爾又圍了一個口袋。為了這次作戰消滅自從7月18日以來一直騷擾德軍右翼的一個蘇聯集團軍——又給古德裏安配備了兩個步兵軍。古德裏安懷疑這些他不熟悉的部隊是否能達到他的作戰水準。其中的一支部隊是赫曼·蓋耶爾指揮的第9軍，蓋耶爾是一位著名的“一戰”老兵，曾經兩次擔任過古德裏安的上級。古德裏安認為蓋耶爾的部隊沒有經過戰爭的考驗，這當眾侮辱了他的老上級。蓋耶爾指出光一個第137步兵師從“巴巴羅薩”行動開始後就傷亡了2000人。
古德裏安在一所俄國學校召開各軍指揮官會議，宣布了一個羅斯拉夫爾北部的包圍計劃，他認為這是一個教科書式的包圍作戰。一個步兵軍向東南方向進攻以鉗製敵人。蓋耶爾的第9軍從東北向南進攻，穿過敵人的後方向西運動，同一個向東穿插的裝甲師會合。蓋耶爾發現古德裏安的計劃有缺陷並如實相告，但是古德裏安不為所動。“在俄國的小校舍裏開會期間，”古德裏安後來寫道，“我不得不固執己見反駁我的老上級的意見。”
進攻一開始，古德裏安特意為蓋耶爾的部隊樹立了一個榜樣。8月3日，也就是作戰的第三天，攻擊最左翼的團受阻。為了加快攻擊進度，古德裏安親自加入先鋒步槍連，同他們並肩作戰了一段時間。消息迅速向後麵的部隊傳播過去，“快速海因茲”正同步兵戰士們一起衝鋒陷陣。以這種方式，古德裏安寫道：“保證沒有不必要的拖延，而且不需要費許多口舌。”
兩天後，口袋幾乎已經封住了。古德裏安衝向羅斯拉夫爾東北的一個缺口，那裏很快擠滿了蘇聯人。對於這個對他包圍圈的威脅，古德裏安勃然大怒，他調來一個裝甲連，然後組織了一個步兵和炮兵的混合編隊並率領他們投入戰鬥。此後不久，一名助手看見他站在一挺槍管發燙的機關槍旁邊，端著一個杯子喝礦泉水並高興地大聲說：“憤怒讓人口渴！”
德國人封死了缺口，很大程度上歸功於古德裏安的憤怒。一個星期的時間，古德裏安的部隊迅速和有效地收緊了套在羅斯拉夫爾蘇軍脖子上的絞索，俘虜了3.8萬多人。在接下來的兩個星期裏，在西南克裏切夫和戈梅利同樣的包圍圈，他又抓獲了7.8萬名戰俘。
8月初，還有另外一場包圍戰在南麵400英裏烏克蘭的烏曼城附近激烈展開。烏曼突然被南方集團軍群老騎兵埃瓦爾德·馮·克萊斯特將軍指揮的快速機動裝甲部隊包圍。克萊斯特驕傲的士兵在他們600輛坦克和其他車輛上漆上了一個巨大的字母K，而且至少許多坦克手比平常吃得飽——第16裝甲師繳獲了紅軍的一個儲藏庫，裏麵有100萬個雞蛋，後來該師的廚師們花了幾個星期的時間變著法地燒做這些雞蛋。
希特勒7月中旬改變了克萊斯特裝甲部隊原來的進攻目標基輔後，坦克縱隊直插東南，深入到撤退至第聶伯河的蘇軍的後方區域。裝甲部隊橫掃烏曼，轉而向南推進，並切斷了蘇軍的撤退路線。當裝甲部隊構築了阻擊陣地以打退來自東麵的反擊時，兩個德國步兵集團軍在烏曼會合以完成包圍圈的剩餘弧形防線。第6集團軍從西北發動攻擊，第7集團軍從西麵發動攻擊。按照希特勒的緊急指示，這個包圍圈要比明斯克和斯摩棱斯克包圍圈緊密，後兩個包圍圈的巨大規模使它們變得漏洞很多。
許多步兵部隊不得不行軍100英裏或更遠的距離去搶占烏曼周圍的陣地。白天，太陽和炙熱折磨著他們；夜晚，他們被雨水淋得渾身濕透，雨水使被當做公路的泥土小道成為齊踝深的爛泥。烏曼西部，沿著布格河，蘇軍發動強有力的反攻，企圖摧毀第59山地軍在布格河東麵建立的橋頭堡。
“蘇聯步兵乘坐卡車向前衝，”一名德國軍官報告，“試圖使用人海戰術一舉摧垮德軍的防線。他們的車輛像海浪一樣一陣接一陣地發動進攻，步兵站在上麵不停地射擊。”接著，這名軍官寫道，“德軍前沿觀察兵呼叫大炮開火……我看見一門榴彈炮，停下來開炮，在不到三分鍾的時間擊毀了大約18輛卡車組成的先鋒攻擊集團。開炮！直接命中。開炮！直接命中。開炮！開炮！開炮！”
8月2日後，戰鬥變得更加慘烈，這時第一支德國步兵徒步趕到同烏曼東南的裝甲部隊會合。現在包圍蘇軍的包圍圈完成了，但包圍圈還有很多缺口和薄弱環節。當德軍試圖加強其包圍圈時，蘇聯步兵和善於低伏在馬鞍上的哥薩克騎兵組成的編隊在包圍圈裏不斷地撲向他們。這使德軍的包圍久久難合，同時也打開了裂口“蘇軍積聚力量的速度令人難以置信，”一個德國人回憶，“天黑時情況不清的一小群俄國人，第二天早上天一亮就成為嚴陣以待的一個營。然後，在最後一刻，傳來他們戰鬥的呐喊，他們從薄霧中蜂擁衝出來，肩並著肩，一浪接一浪。我們一批批地射倒他們，但總是有更多的人像風暴一樣衝上來。”
德軍巡邏隊冒著危險偵查包圍圈，等待他們的是地雷和經過偽裝的排滿尖銳木樁的陷阱。蘇聯狙擊手從樹頂上瞄準他們射擊，他們把自己綁在樹幹上以空出雙手進行瞄準和射擊。所有的蘇聯部隊在白色濃霧的掩護下隱藏在洞穴裏，濃霧是白天的熱氣接觸被雨水浸透的冰冷地麵形成的。
在8月第一個星期的殘酷戰鬥期間，沿南部環形防線的德軍山地部隊瘋狂地作戰以擊退蘇軍的進攻。包圍圈裏的蘇聯人把所有東西都投入到他們最後一次突圍的嚐試中：徒步的步兵，接著是騎兵，最後是坦克，後麵跟著載滿更多步兵的卡車。他們突入山地軍防守的區域，山地軍傷亡慘重，共損失了5000人。
蘇聯紅軍的反擊暫時切斷了第94山地炮兵團第9炮兵連同支援步兵的聯係。瘋狂地進行自衛還擊——有時在如此近距離，他們僅用目測就連續開炮——這些炮組人員打退了蘇軍一次又一次的進攻。後來這些炮兵聲稱摧毀了1輛坦克、16門大炮和110輛卡車。在4天中，他們發射了1150發炮彈，超過了前年整個法國戰役中所消耗的彈藥。
烏曼周圍地區屍橫遍野，一名德國人記得那是“一個巨大的墳場”。另一個德國人回憶起成灰燼的蘇軍卡車：“在一些車裏，整排整排的俄軍士兵坐在車板上並被燒成灰燼。司機們仍坐在卡車的駕駛盤旁，被燒黑成木炭，到處散發著燃燒屍體的可怕氣味，一種惡臭甚至壓倒了輪胎橡膠燃燒的氣味。”
最重要的是，烏曼戰場——像其他包圍圈的戰場一樣——在8月的第二個星期中成為彙集戰俘的一個巨大柵欄。第59山地軍的作戰日記寫道：“戰俘們8個一排前進，組成了一個不間斷的縱隊，這個縱隊穿過地形起伏的農村延綿10多英裏。”在烏曼，10.3萬人成為戰俘，像其他80萬已經被德國俘虜的蘇聯人一樣，他們麵臨一個極度痛苦的悲慘未來。甚至在投降前，他們中許多人已經被切斷食物補給，幾乎快餓死了。他們的身體已經相當虛弱，因而在前往後方的長途跋涉中無法幸存下來。他們的捕捉者德軍從沒想到會有如此驚人數量的戰俘，而且也沒有準備提供食物，更沒有去照顧他們。