1941年6月22日，希特勒撕毁苏德互不侵犯条约，发动“巴巴罗萨”计划，出动190个师，3700辆坦克，4900架飞机，47000门大炮和190艘战舰，军分三路以闪电战的方式突袭苏联，苏德战争全面爆发。
战争刚开始，苏联军队毫无准备，丧师失地，短短10天之内，德军突进苏联600公里。第一天的战斗，苏军损失1200架飞机，其中800架还未起飞就被炸毁，希特勒狂言三个月灭亡苏联。1941年8月25日，基辅战役苏军失败，苏军60万人投降被俘。1941年9月15日，德军在洛赫维察地区（乌克兰），将苏联西南方面军主力包围，血战10天，苏军少数突围，45万余人被歼灭，德军占领乌克兰全境。1941年7月，德军进抵列宁格勒，1941年7月—1944年8月，德军40个师围困列宁格勒900天，苏军无力破围，仅饿死的居民超过100万人，死于炮火的更不计其数。
至1941年末，苏联西部工业区全部沦陷，军工生产大幅下滑，但天气的变化使战局对苏联逐渐有利，9月是苏联的秋雨季节，泥泞的道路迟滞了德军装甲部队的进攻。随后是寒冬的降临，德军因为对战局的预测过于乐观，以致对冬季作战毫无准备，德军身着夏装在冰天雪地中作战，坦克甚至无法发动。苏联军民面对国难无私奉献，捐献物资，拼命生产，大量“参军”，又加上苏联在东方还有一些为数不多的军工厂和东方生力军的到来，终于在12月将德军阻击在莫斯科城下，双方都筋疲力尽，苏联也无力发动反击。
1942年春，苏联率先发动进攻，然而斯大林指挥失误，反攻遭到惨重失败，苏联依然处于下风。1942年5月，苏军在哈尔科夫地域进攻作战被德军挫败，1942年6月德军攻占了苏联克里米亚地区黑海舰队的主港塞瓦斯托波尔，接着，挥师直指斯大林格勒和外高加索，企图从东南方向迂回莫斯科，并攻占外高加索的苏石油产地，切断苏南部地区与莫斯科的联系，苏军节节败退。6月28日，德军向顿河大草原方向发动了规模巨大的夏季攻势，渡过了顿河河曲，攻占了罗斯托夫。
1942年，苏联国民经济转入战时轨道，军工生产已经恢复并有一定发展，给军队提供的新式武器装备逐渐增多，敌后游击运动开展得更加广泛，同时苏联还得到美英战略物资和武器装备的援助。1942年7月下旬，斯大林格勒会战打响，德军在斯大林格勒与苏军反复争夺，无法取得胜利。11月19日，苏军在斯大林格勒附近开始大规模反攻。1943年1月10日，苏军发动总攻，至1943年2月2日，苏军完全歼灭了进攻斯大林格勒的德军第六集团军，从而根本扭转了苏德战场的局势。苏军在斯大林格勒战役的胜利，使苏德战争出现了历史性转折，也是第二次世界大战的转折点。而斯大林格勒战役也成为历史上最为残酷的战役，双方共约有200万人在瓦砾中丧生，其中50万是平民。
1943年是苏德战场转折性的一年，斯大林格勒战役后，苏军继续向顿河上游、库尔斯克方向和哈尔科夫方向发展进攻，收复了库尔斯克等地。同年1月，苏军突破德军对列宁格勒共900天的封锁。与此同时，苏军在高加索方向转入进攻，至4月初收复了北高加索大部分地区。1943年下半年，苏军完全夺得战略主动权，德军被迫转入全面防御。8月，苏军在大卢基到黑海长达2000多公里的战线上展开进攻，到11月为止，收复近一半失地，包括布良斯克、斯摩棱斯克、基辅等大城市。
1944年初苏军拥有635万人，不仅在兵员上而且在重要武器装备方面均已超过德军。苏军不仅得到后方人民的大力支持，而且得到敌占区近百万游击战士的紧密配合。此外，还得到了美英的援助，这些都为战略反攻创造了有利的条件。
1944年开始，苏军对德军连续发动了10次重大的战略性进攻作战，苏联史学家称为“十次斯大林突击”，收复了本国的全部领土，并将战线推移到境外，进入波兰﹑罗马尼亚﹑保加利亚、南斯拉夫等国作战，到年底共消灭德军约200万人。
1945年春天，苏军在东欧各国军民的配合下，通过匈牙利战役﹑维斯瓦-奥得河战役﹑西里西亚战役﹑东波莫瑞战役，消灭大量德军有生力量，占领波兰﹑匈牙利﹑奥地利东部及维也纳、捷克斯洛伐克一部分和德国东部。
1945年4月16日，苏军从奥得河﹑尼斯河同时向柏林发动进攻，激战16个昼夜，至5月2日下午3时，德军停止抵抗，柏林战役结束。苏军歼灭和俘虏德军40多万人。盘踞在捷克斯洛伐克的德国两个集团军群（55个师）也于5月中旬投降。苏联红旗插上了柏林国会大厦的顶峰，标志着战争的结束。
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