初期的胜利彻底冲昏了希特勒的头脑，巨大的歼敌、俘虏数字使希特勒产生了幻觉，认为再打几个大规模的歼灭战，就能彻底消灭苏联红军。而斯大林等苏军统帅，也从突袭的最初震撼中缓过气来。但固执的斯大林，此时判断德军的进攻重点在南线，故集中苏军大部兵力防御预定在基辅方向进攻的德军南方集团军群。此时，具有复杂性格的希特勒，似已忘记原定作战计划中直捣莫斯科的设想。他是个赌棍，相信胆大就能得利，对于与其无关的细枝末节非常感兴趣，因此往往是只见树不见林，只见小不见大。他直接干涉德军最高统帅部和陆军总部的指挥，调集位于莫斯科方向的中央集团军群大部分兵力———第2集团军和古德里安统率的坦克第2集群，来对付红军的西南方面军。经过约两个半月的鏖战，德军取得了战争史上最大一次合围战役的胜利。苏军损失约70万人，丧失了西南方向的主动权，使苏联本已恶化的局势更加复杂。
德军此战的得失，正如英国军事理论家利德尔·哈特所言：“就基辅包围战本身而论，实在可以算是一次极大的成功，对德军而言也可算是一个空前的杰作。从战略方面来说，似乎也有很充分的理由，先使南翼不受到敌人反攻的威胁，然后再来进攻莫斯科。……但是唯一的弱点，就是‘时不我予’，尤其是德军对于冬季作战并无充分的准备。”苏联红军在基辅战役中持久而顽强的抵抗并非毫无意义，对粉碎德军整个战争计划起了重要作用。德军“中央”集团军群的庞大兵力用于围歼西南方面军，使德军在莫斯科方向的进攻受到了迟滞。两个多月的时间，使苏军统帅部得以在莫斯科方向集中了庞大的战略预备队。而这一年的冬天来得格外的早，未做好冬季作战准备的德军，只能在冰天雪地的俄罗斯荒原上，对近在咫尺的莫斯科望城兴叹了。就这样，德军赢得了一次战役，却输掉了整个战争。
取得了基辅战役的胜利之后，希特勒更加不可一世，重新将目光投向伟大的英雄城市———莫斯科，并周密地制定了代号为“台风”的莫斯科战役计划。他集中“中央”集团军群总计约180万人，坦克1700辆，火炮和迫击炮1.4万余门，飞机1390架，妄图在冬季来临之前迅速攻占苏联首都，瓦解苏联人民的斗争意志。苏联人民被迫在绝境中发出“俄罗斯辽阔无边，但是我们已经无路可退，我们的身后就是莫斯科”的呐喊。但德军终因战线过长，补给不足，缺乏预备队和冬季作战准备，以及在此之前的一系列战役中消耗过大等原因而遭到失败。德军损失50万人并向西退却100~350公里。背水一战的英勇红军打破了德军不可战胜的神话，使其遭到无法弥补的物质和精神损失。
莫斯科战役的失利，使已有些神经质的希特勒像个输红了眼的赌徒，急于需要一场重大的战役胜利来提高自己的士气。为了取得胜利，他不惜压上他的所有赌注。他反复无常，感情冲动起来往往紧张不安，胆小怕事，茫然不知所措；当他恢复镇静后，又变得傲慢自负，走向另一个极端。他认为，既然不能从精神上消灭苏联，就从物质上彻底毁灭苏联进行战争的能力。因此，他不顾军方的意见，将下一阶段的进攻重点放在南线———得到高加索的油田和小麦，拿下斯大林格勒，进军乌拉尔从侧翼包抄莫斯科。未能达成作战目标的希特勒彻底歇斯底里了，他撤掉了前线的司令，自己充任总指挥，收集了全欧洲可用的兵力，向着他所认为的苏联要害作最后的进攻。希特勒调动了150万以上的兵力，向斯大林格勒和高加索作空前激烈的进攻，企图迅速攻下南部重镇———斯大林格勒，达到切断伏尔加河和夺取巴库油田这两个目的。可惜希特勒过高估计了德军的作战能力，轻视对手的军事力量，不顾幕僚的意见，背弃德国的军事传统———战略上最重要而又最简单的准则是集中用兵。他将用于南线的兵力分成两个集团，命令德军A集团军群向高加索方向进攻，第6集团军群向斯大林格勒方向推进，B集团军群从北面夺取斯大林格勒、阿斯特拉罕，并妄图切断高加索与苏联中部地区的联系。
全世界都在关注着这场决定苏、德两国命运的大决战。力挽狂澜的斯大林终于没有再犯错误，筹划了震惊世界的斯大林格勒战役。初期采用诱敌深入、顽强抵抗的消耗战方针，阻止了德军的猛烈进攻势头，并为后期转入战略进攻赢得了物质和时间的准备。在决定命运的5个月时间里，同仇敌忾的斯大林格勒军民凭借顽强的意志、旺盛的斗志，使疲惫不堪的德军既未打进高加索油田，也未攻占斯大林格勒，欲进不能，欲退不得，苏德战场陷于僵局。
与此同时，苏联红军的后备力量源源不断地从远东赶来，1942年11月到次年2月，苏军转入反攻，在持续200天的斯大林格勒战役中，歼灭德军150万人、3500辆装甲车辆、1.2万门火炮、3000架飞机，彻底摧毁了德军在战场上的主动权。毛泽东曾评价道：“这一战，不但是苏德战场的转折点，甚至也不但是这次世界反法西斯战争的转折点，而且是整个人类历史的转折点。”
对于德军在斯大林格勒的大败，希特勒要负完全责任。希特勒独揽大权，有的时候连小权也不放手，还出现过战场上一个营的兵力也要经过希特勒的同意才能调动的情况。另外，他的指挥风格是不允许他的下级了解与自己无关的任何战场情况，这导致许多前线将领不知道自己周围是什么战略态势，更说不上自己去判断当时的战争格局了。苏联红军的成功是靠建立和调遣预备队，在选定的战区和地段上构成兵力、兵器上的决定性优势。姑且不论希特勒在指挥野战部队上所犯的战略和战术错误，当他因政治上的错误判断而开始在两条战线上同时作战时，就注定了德国的败亡。盟国所占的优势太大，面对这样一个联盟，德国不可能取得胜利。
以此为起点，苏军转入战略进攻，德军在苏德战场上一蹶不振。狂躁的希特勒不再完全信任他的高级军官们，战场上的失败反过来又使他更加疯狂，盲目地坚持刻板的防御和固守所攫取的所有土地。他不允许他的将领和士兵有丝毫的后退，哪怕那样做只是为了更好的防御；更重要的是，他已无法对战局做出正确判断，一切都陷入虚妄的自大之中。优秀的德国军事机器即使功能再强大，也无法承受这样致命的失误。至1943年以后，盟军在意大利半岛、西欧登陆开辟第二战线，更加速了希特勒失败的命运。1945年4月30日，躲藏在战火漫天的柏林总理府地堡中的希特勒，预感末日即将来临，于是与相恋多年、正式结婚只有两天的爱娃·布劳恩，带着他建立第三帝国、奴役世界人民的痴心妄想双双自杀。