在一個月內就把法國陸軍打得一敗塗地的德國人沒有高估蘇聯軍隊的戰鬥力，德國軍隊在第一次世界大戰中用一個拳頭就把俄國打翻在地。但問題是蘇聯的地域太大，國土呈西窄東寬的漏斗狀，越往東，戰線越寬，蘇聯軍隊的迴旋餘地越大，德軍不可能像對付法國那樣佔領蘇聯全境，甚至連佔領烏拉爾的能力也沒有，而且蘇聯夏季短暫、冬季漫長、春秋季泥濘，適於機械化軍隊作戰的時間很短，因此何爲德軍的主要目標便成爲對蘇作戰計劃的核心問題，是蘇聯軍隊、國土和重要經濟區，還是蘇聯的政治中心、國家的象徵莫斯科?
希特勒進攻蘇聯的想法源於他對共產主義的極端仇視和對斯拉夫民族的蔑視，而在1941年6月促使他關注東方的原因，除法國被擊敗外，還有蘇聯佔領比薩拉比亞，把普羅耶什蒂油田置於蘇聯轟炸機的作戰半徑之內，引起希特勒的極度不安，所以希特勒對蘇作戰的目標本身具有多重性，而這種多重性目標直接影響了德國對蘇作戰計劃，導致後來的戰略爭論、古德里安南下和坐失良機。
希特勒最初的憂慮來自蘇聯強奪比薩拉比亞，他曾想不通過武力解決這一問題。但到7月中旬，希特勒想一勞永逸地"解決俄國問題"。他在7月13日給哈爾德的訓示中要求在4～6星期內"粉碎俄國軍隊"，佔領足夠大的領土，消滅蘇聯空軍對柏林、西里西亞工業區和普羅耶什蒂油田的威脅，建立從屬於德國的烏克蘭、白俄羅斯、波羅的海國家，擴大芬蘭領土，再用德國空軍摧毀蘇聯的剩餘工業區。根據希特勒的這一要求，哈爾德指令第18集團軍參謀長馬爾克斯中將研究對蘇作戰計劃。8月5日，馬爾克斯提出了他的作戰大綱。
馬爾克斯計劃在普里皮亞特沼澤地北南兩側向莫斯科和基輔發動主要突擊，從波羅的海沿岸和比薩拉比亞向列寧格勒和基輔發動佯攻。在第一階段，德軍佔領斯摩棱斯克和基輔;在第二階段佔領莫斯科後，北路德軍南下，與從基輔東進的德軍會合，將蘇軍大部消滅於莫斯科和基輔之間。德國須投入110個步兵師、24個裝甲師、12個摩托化師。德國情報部門統計，蘇軍有96個步兵師、23個騎兵師和28個裝甲摩托化師。馬爾克斯計劃把莫斯科定爲德軍的重要目標，預計蘇軍爲保衛莫斯科會與德軍決戰，從而爲德軍消滅蘇軍主力創造大好時機。
哈爾德仔細研究了馬爾克斯的計劃，又指令總參謀部的羅斯堡中校進行初步的修改。羅斯堡中校把沿波羅的海進攻的德軍和向莫斯科、基輔突擊的德軍分爲北方、中央、南方3個集團軍羣，建議中央集團軍羣在佔領斯摩棱斯克後應等待北方集團軍羣。
希特勒在放棄進攻英國的"海獅計劃"後，把注意力放在東方，開始捲入作戰計劃的制定。從11月底到12月初，德國陸軍總參謀部和3個集團軍羣司令部對對蘇作戰計劃進行了圖上模擬。12月5日，哈爾德向希特勒彙報了圖上模擬的結果和結論，稱：
"蘇聯最重要的軍火生產中心在烏克蘭、莫斯科和列寧格勒。整個作戰區域被普里皮亞特沼澤地分爲南北兩部分。北部的鐵路、公路在華沙-莫斯科段要優於南部，蘇軍在北部蘇德分界線的兵力亦多於南部。第聶伯河和北德維納河是俄軍必須堅守的最東面的防線，再向東撤退就會暴露其工業區。德軍將以裝甲利刃切入，阻止俄軍在這些河流的西岸集結，建立防禦。
德軍必須在華沙地區集結特別強大的軍隊，向莫斯科推進。在3個擬議中的集團軍羣中，北方集團軍羣的總目標是列寧格勒，南方集團軍羣的目標是基輔。後者的一個集團從盧布林出發，第二個集團從蘭姆堡(即利沃夫)出發，第三個從羅馬尼亞出發。此次作戰的目標是南起伏爾加河河口、北抵阿爾漢格爾斯克一線。德軍須動用105個步兵師、32個裝甲師和摩托化師，其中有2個集團軍作爲第二梯隊跟進。"
哈爾德修改了馬爾克斯的計劃：將二路進攻變成三路進攻，把列寧格勒變爲主攻目標之一，而削弱了向基輔方向進攻的兵力，並提出阿爾漢格爾斯克-伏爾加河的進攻終止線。
希特勒宣佈同意哈爾德方案的總體構想，又附加了自己的意見：德軍須迅速前進，不給蘇聯紅軍建立穩定戰線的機會，將德國東部工業區置於蘇聯轟炸機的半徑之外而把蘇聯的工業基地置於德國空軍的活動範圍之內;德國軍隊經首次攻擊就要摧毀蘇聯軍隊主力，因此德國北部的2個集團軍羣應有強大的機動部隊;德國北方集團軍羣須圍殲波羅的海地區的蘇軍;中央集團軍羣的兵力應非常強大，能增援北方集團軍羣;在普里皮亞特沼澤地以南，德軍從北南兩翼圍殲在烏克蘭的蘇軍。希特勒沒有決定德軍在達成上述目標後是否立刻向莫斯科推進。
哈爾德在12月的第一星期把對蘇作戰的準備工作移交給最高統帥部。最高統帥部作戰部部長約德爾根據希特勒的指示，以哈爾德的工作結果爲基礎，制訂出《最高統帥部第21號指令》。這就是巴巴羅薩計劃。
這是一個目標相互矛盾的計劃。《巴巴羅薩計劃》規定："德國國防軍必須在對英國戰爭結束之前即以一次快速遠征將蘇俄擊敗。"德軍的進攻終止線是阿爾漢格爾斯克至伏爾加河，爾後建立一個防線。迅速佔領莫斯科的原因是"攻佔該城，意味着政治和經濟上的決定性勝利。此外還意味着蘇聯喪失了最重要的鐵路樞紐"。看來德軍的主要攻擊目標是莫斯科，並儘快向東推進，直到阿爾漢格爾斯克-伏爾加河一線，但《巴巴羅薩計劃》又根據希特勒的旨意規定：中央集團軍羣在粉碎白俄羅斯境內的蘇軍後，應"以強大的快速部隊轉而向北"，協同北方集團軍羣，消滅波羅的海沿岸的蘇軍，佔領列寧格勒，然後再進攻莫斯科。這顯然與迅速佔領莫斯科的要求相矛盾，其目標變成波羅的海地區的蘇軍。對於南方集團軍羣，希特勒要求它"提前攻佔在國防經濟方面佔有重要地位的頓涅茨盆地"。顯然該集團軍羣的目標是經濟上的。
希特勒是想樣樣都得，既要佔領莫斯科，奪取廣大的土地，又要消滅敵軍，還要佔領經濟區，他沒有定出先後次序，不知道何爲消滅蘇聯的關鍵之處，更沒有想到蘇聯國土遼闊，德軍能否在短暫的夏季達到上述3個目標，只一廂情願地根據對法作戰的經驗認爲：在4～6星期內就可以結束對蘇戰爭，空軍經過對蘇戰爭的磨鍊會更強大，在秋季到來之前就可以調到西線，繼續對英作戰。
希特勒或許真像曼施坦因所說，有些軍事天才，但他所有的軍事經驗僅限於西線，對東線一無所知，不知道東線廣大的空間、落後的交通設施、惡劣的氣候會給作戰帶來何種影響。《巴巴羅薩計劃》的執筆人約德爾最大的本領是溜鬚拍馬，思維混亂，在德國陸軍總參謀部中有"迷糊"的雅號。其實德國陸軍中有許多在第一次世界大戰中在東線打了多年仗的人，但由於希特勒獨攬軍權，無視前輩的經驗，根本沒有吸取他們的意見。在制訂《巴巴羅薩計劃》中犯下大錯的還有德國情報部門。負責蒐集蘇聯軍事、經濟、政治情報的是德國陸軍情報局東線外軍處。這個處在蒐集或鑑定蘇聯軍事資料方面所投入的時間和經費很少，處長金策爾中校是位出身步兵的情報門外漢，連俄語也不會講。由於蘇聯嚴格限制境內外國人的活動範圍，德國駐蘇武官克斯特林將軍雖生長在莫斯科，精通俄語，在蘇聯任武官有10年，也無法獲得蘇軍的具體情報，只有一個泛泛的報告，說蘇聯紅軍是德軍的勁敵，但無力進行大規模機動作戰，在數量上對德軍雖有二比一或三比一的優勢，但戰鬥力低於德軍。克斯特林將軍的這些結論是正確的，但他大大低估了蘇軍的戰鬥力，可是在戰後卻事後諸葛亮，說在戰前他曾提醒德國最高統帥部：時間、空間和氣候對蘇聯有利，蘇軍有很強的應變能力，佔領莫斯科也無足輕重。
德國最高統帥部無法瞭解蘇聯坦克和飛機的數量，沒有準確的蘇聯地圖，只能依靠航空照片。德軍更不知蘇聯陸軍師的準確數目、動員能力及戰略預備隊的數量，在開戰前連對面蘇軍部隊的番號也沒有搞清楚。德軍入蘇兩個月後發現情報部門大大低估了蘇軍的實力，希特勒破口大罵德國情報部門無能。那麼如果希特勒知道蘇聯工業、經濟的真實情況，他還會發動侵蘇戰爭嗎?英國軍事歷史學家西頓上校在《蘇德戰爭》中這樣說："德國情報部門就是在1940年年底拿出真憑實據說明蘇聯實力的真實面目，當時希特勒完全可能嗤之以鼻，說那是愚蠢的捏造。"這當然是無法證實的推測，但後來希特勒的所作所爲的確如此。自1938年弗洛姆堡事件後，德國陸軍已完全成爲這個維也納流浪漢的玩物，一大批極有才幹的將軍們只有總參謀長貝克上將有骨氣，憤然辭職，剩下的個個唯唯諾諾，只想保住自己的烏紗帽，自己作賤自己，違背良知和所受的專業訓練，一味服從。待頭腦清醒後想推翻希特勒、拯救德國時，希特勒已爲他們準備好了絞架，用鋼琴的琴絃把他們吊死。絕大部分德國陸軍將領，不是被革職罷官，貶爲平民，就是成爲希特勒、蓋世太保的刀下鬼。
這些都是後話。在1940年12月希特勒頒佈《巴巴羅薩計劃》後，沒有一個將軍、元帥敢斗膽向希特勒的開戰決策提出疑問，都全身心地投入到對蘇作戰的準備之中。
根據《巴巴羅薩計劃》的要求，德國對蘇戰爭的主力仍是經過戰火錘鍊的裝甲部隊，這個計劃中還有這樣的規定："必須大膽作戰，坦克分四路深入，以消滅俄國西部的大量俄國陸軍;還須防止敵人退入俄國的遼闊地區。"希特勒見裝甲部隊是擊敗法國的關鍵性力量，在對法戰爭結束後對裝甲部隊進行了整編和擴編，德國裝甲師的數量從1940年春的10個師增加到1941年6月22日的21個師，摩托化師增至13個。德軍這21個裝甲師(實際投入侵蘇戰爭的是19個)被編爲4個裝甲集羣：霍普納將軍指揮的第4裝甲集羣，轄第41裝甲軍和第56裝甲軍，共3個裝甲師、3個摩托化步兵師和2個步兵師;霍特將軍指揮的第3裝甲集羣，轄第39、第57裝甲軍，共4個裝甲師和3個摩托化師;古德里安將軍指揮的第2裝甲集羣，轄第24裝甲軍、第46裝甲軍和第47裝甲軍，共5個裝甲師、3個摩托化師和1個騎兵師;克萊斯特將軍指揮的第1裝甲集羣，轄第3、第14、第48裝甲軍，共5個裝甲師和3個摩托化師。
雖然德軍裝甲師的數量增加了1倍，但坦克數量並沒有增加多少，蘇德戰爭開始時只有3550輛，比入侵西歐時多800輛。裝甲師數量的增加，是由於希特勒對師的數量的偏愛。德軍裝甲師原來的核心是坦克旅，每旅有2個坦克團，每團有160輛坦克。希特勒爲了增加師的數量，從每個裝甲師中抽出一個坦克團，再配一個摩托化步兵旅和一個摩托化炮兵團，就組成一個新的裝甲師，這樣1941年一個德軍裝甲師的坦克比過去少了一半，在150～200輛之間。德軍使用的大部分坦克仍是Ⅲ型，有部分Ⅳ型，德軍在坦克數量上與蘇軍相比居劣勢，但坦克的質量居優勢，坦克兵的素質，特別是指揮官的素質和經驗，遠遠勝過對手。除這4個裝甲集羣外，德國陸軍的其餘部隊還處在騾馬時代，除能乘火車外，就得靠雙腿行走，輜重和火炮都用騾馬牽引，和拿破崙時代陸軍的前進速度相同，只能當鐵砧使用。
根據《巴巴羅薩計劃》的要求，德軍3個集團軍羣從1940年年底起，着手擬定各自的作戰計劃。
德軍北方集團軍羣司令是李勃上將。他指揮屈席勒爾將軍的第18集團軍、佈施將軍的第16集團軍和霍普納將軍的第4裝甲集羣，由克勒爾將軍的第1航空隊提供空中支援，共有26個師。李勃的任務是率部從東普魯士東北部出發，佔領800公里以外的列寧格勒，消滅波羅的海沿岸的蘇軍和蘇聯波羅的海艦隊，並與芬蘭軍隊會合。李勃對面的蘇軍是波羅的海軍區和列寧格勒軍區(戰爭爆發後改爲西北方面軍和北方方面軍)的三個集團軍。李勃把霍普納的第4裝甲集羣當作開膛破肚的尖刀，部署在中間，充當先鋒，首先衝到德維納河畔的道加夫皮爾斯，搶佔橋樑，不停頓地衝向列寧格勒，切斷波羅的海沿岸與內陸的聯繫，把蘇軍打得暈頭轉向，亂成一團。跟在其後的兩個集團軍掃蕩蘇軍殘兵，把蘇軍駐波羅的海沿岸的部隊壓到海岸後再消滅。
霍普納南面的是中央集團軍羣，由博克元帥指揮，凱塞林元帥的第2航空隊提供空中支援。這是兵力最強的集團軍羣，計有霍特的第3裝甲集羣、施特勞斯上將的第9集團軍、克魯格上將的第4集團軍和古德里安的第2裝甲集羣，共51個師。博克的總目標是佔領莫斯科，但其當前任務是包圍和消滅白俄羅斯的蘇軍，佔領斯摩棱斯克，打通奧爾沙陸橋，爲下一步佔領莫斯科創造條件。由於當面蘇軍西方方面軍呈前沿部署，博克把2個裝甲集羣部署在兩翼，北面是在東普魯士的霍特，南面是在華沙附近的古德里安，準備對蘇軍實施大縱深迂迴包抄。博克想撒開一個大網，同時伸出兩支鐵臂，在600公里外的斯摩棱斯克合攏，把斯摩棱斯克以西的蘇軍連根拔起，一鍋煮熟，一步跳到莫斯科的大門口。但缺乏軍事業務專門訓練、又愛干預戰役戰術細節的希特勒擔心這兩支鐵臂會因伸得太長而被蘇聯人砍掉，堅決主張合攏的地點是350公里外的白俄羅斯首府明斯克。博克哭笑不得，大失所望。只得更改初衷，把一個大網變成好幾個小網，博克的兩支鐵臂在明斯克合攏，切斷明斯克-斯摩棱斯克-莫斯科公路，堵住蘇軍的退路。與此同時，施特勞斯的第9集團軍和克魯格的第4集團軍從北南向前伸出，再合緊，把比亞威斯托克突出部的蘇聯第10集團軍也扔進肉鍋。由於裝甲部隊的速度快，裝甲集羣和步兵集團軍收網和架鍋幾乎能同步完成。一俟蘇軍入網、進鍋，2個集團軍分兵疾速追趕裝甲部隊，而2個裝甲集羣不待步兵趕上，就向斯摩棱斯克伸出鐵臂，在斯摩棱斯克築起鐵牆，後面的步兵繼續東進，把明斯克和斯摩棱斯克之間的蘇軍擠成肉餅。
博克南部的是南方集團軍羣，司令是龍德施泰特元帥，由第4航空隊提供空中支援。龍德施泰特在整個《巴巴羅薩計劃》中充當配角，其所轄兵力有40個德國師、14個羅馬尼亞師和1個匈牙利軍，他的總任務是佔領基輔，進至伏爾加河。但其第一階段任務是佔領基輔，佔領西烏克蘭，消滅當地的蘇軍西南方面軍(轄4個集團軍)一部。龍德施泰特的部隊實際由北南兩個集團組成。北集團部署在波蘭盧布林地區，有賴歇瑙元帥指揮的第6集團軍、克萊斯特將軍指揮的第1裝甲集羣和斯圖爾納格爾指揮的第17集團軍。南集團是駐羅馬尼亞的德國第11集團軍、羅馬尼亞第3、第4集團軍。龍德施泰特的主力是北集團左翼的第6集團軍和第1裝甲集羣，共20個師。這兩個集團軍從盧布林地區出發，第6集團軍在左，克萊斯特的第1裝甲集羣在右，貼着普里皮亞特沼澤地的南緣，先奮力突破蘇軍的防禦，向東南直逼基輔，在接近基輔以西約130公里的日托米爾時，第6集團軍與第1裝甲集羣分兵，前者轉向東，從南北兩翼鉗擊基輔，佔領基輔附近第聶伯河上的渡口;後者拋開步兵，先繼續向東南疾進，然後突然掉頭殺向正南，奔向黑海海岸，包圍部分蘇軍西南方面軍和整個南方方面軍。與此同時，北集團右翼第17集團軍佔領普熱姆爾要塞後亦向東南推進，把後路被抄、軍心大亂的蘇聯軍隊推向東面，趕到克萊斯特裝甲集羣的履帶下，配合左翼的兩個集團軍，撕開蘇軍西南方面軍的防線，再把南方方面軍裝進口袋。在克萊斯特的第1裝甲集羣殺向黑海時，龍德施泰特放出右翼南集團的三個集團軍。德國第11集團軍居中，兩個羅馬尼亞集團軍在兩翼，三路並進，渡過普里特河、德涅斯特河，把蘇聯南方方面軍趕進克萊斯特張開的口袋。在消滅蘇聯南方方面軍後，龍德施泰特就向哈爾科夫和伏爾加河推進。
