1933年1月30日，在欧洲中部地区，奥地利人阿道夫·希特勒担任德国总理，德国纳粹党上台。希特勒虽然挽救了在经济大萧条中经济几乎崩溃的德国，但是却同时在国内推行独裁统治，镇压反对党；对外宣称要打破凡尔赛枷锁，并夺取“生存空间”。1938年3月11日，德奥合并。1938年9月30日，英法德签署《慕尼黑条约》，德国占领捷克斯洛伐克苏台德区；1939年3月，希特勒又撕毁了慕尼黑协定，兵不血刃地占领了捷克斯洛伐克全境。1939年8月23日，苏德签订《苏德互不侵犯条约》，苏联和德国划分了在东欧的势力范围，苏联实际上已经成为德国的帮凶。
1939年9月1日，德国对波兰宣战，第二次世界大战正式爆发。1939年9月25日，在德国征服波兰后，苏德两国瓜分波兰。1940年4月，德国进攻法国、比利时、荷兰、卢森堡，并于1940年6月22日迫使法国接受和平条约，维希法国建立。之后，德国在“海狮计划”中失利，被迫中止征服英伦三岛的计划。1941年4月6日，德国入侵南斯拉夫、希腊并将其征服。至此，在欧洲，除了英国，同盟国已经土崩瓦解，德国已经基本扫清了征服苏联的障碍。 在战前的苏联“大清洗”运动中，大量苏联军官被逮捕甚至枪决，这大大地削弱了苏联红军在战争前期的军事指挥能力。而在“农业集体化”运动中，苏联，尤其是乌克兰，发生了严重的饥荒，大量乌克兰人饿死，导致乌克兰地区的叛乱大量发生，乌克兰对于莫斯科也愈发不满，甚至希望德军来“解放”乌克兰。
在《苏德互不侵犯条约》签订以后，苏联成为了相对意义上的德国的仆从国，并且与德国一样开始对外进行大规模侵略。1939年9月25日，苏德瓜分波兰。1939年11月30日，苏联侵略芬兰，在付出了巨大的代价后获得胜利，获得了芬兰的卡累利阿地区和图尔库军港。1940年6月，苏联吞并波罗的海三国。几乎同时，苏联吞并了罗马尼亚的比萨拉比亚地区。这样的行为直接导致芬兰、罗马尼亚加入了轴心国，并且使得波罗的海人民掀起了广泛的反苏斗争。在德国军队打进波罗的海三国的时候，人民都夹道欢迎德军的到来。
在远东地区，苏联与日本也是冲突不断，相继发生了张鼓峰事件和诺门坎事件。苏联为了减少远东的压力，迅速改变了之前对于中华民国国民政府的敌对态度，转而支持国民政府的抗日战争，对国民政府进行了大规模的经济、军事援助。在苏德之间爆发战争的可能性越来越大之时，苏联又大幅度改变了其在远东的战略，苏日两国在1941年4月13日签订了《苏日中立条约》，苏联不再对中国国民党政府进行援助，而是决定在中日战争中采取中立态度，并且承认了伪满洲国的现状，以此希望能够将远东的苏联红军调回苏德战场。但是在《苏日中立条约》签订之后，苏联仍然没能抽调远东的部队，而是直到苏联已经确信日本准备南进而不是北上的时候才调走了部队。 1941年6月22日凌晨3时，德军兵分三路突入苏联（详见巴巴罗萨计划）。苏联在战前虽然从多个渠道获得过战争可能爆发的情报，但很多情报之间是互相矛盾的，具体入侵时间的情报相差非常大，使苏联政府并不知道德国入侵的具体时间甚至都不知道德国是否会入侵苏联。而之前，苏联也正在积极准备对德的进攻计划，即“大雷雨计划”，因此，苏联红军的军事部署是旨在进攻而非防守的。仅仅在开战前一天，苏联最高统帅部才知道德军的具体进攻时间，但是为时已晚。
在短短10天之内，德军突进苏联600公里。第一天的战斗，苏联红军损失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。
北方战线由德军威廉·里特尔·冯·勒布元帅指挥的北方集团军群负责进攻。两个星期内苏联红军败退450公里，放弃整个波罗的海沿海地区，苏联红军24个师被彻底击溃，20个师损失60%的人员和装备，德军北方集团军群很快进抵列宁格勒城下。波罗的海三国的百姓由于早就对苏联的统治有强烈不满，因此在德军入侵之时发起了针对苏联政权的暴动行为，进一步促使了苏联红军的败退。
中部战线是德军突击的重点地区，德军费多尔·冯·博克元帅指挥的中央集团军群从格罗德诺和布列斯特要塞方向进攻，通过一个双钳攻势完成了对苏联西部军区（即西方面军）的合围，白俄罗斯首府明斯克沦陷，苏联红军败退350公里，30个师被歼灭，70个师损失50%以上的人员。随后，德中央集团军群又在斯摩棱斯克地区展开了第二个钳形攻势，由于苏联红军有效地组织了防御，德军进展很慢。但是战役在历经两个月后，德军还是完成了合围，歼灭了苏联红军30万人。
南方战线上由德军伦德施泰特南方集团军群的主要目的在于占领苏联在乌克兰的农业和工业基地，并获得黑海港口作为补给站。当面为苏联基辅特别军区（即西南方面军）和敖德萨军区（南方面军），西南方面军是苏联实力最强的一个军区，在战争初期，由于苏联红军在兵力和装备上对德军有明显的优势，德军在这个方向的进展最为缓慢。但由于德军的素质此时远在苏联红军之上，因而德军依然长驱直入抵达第聂伯河。由于西方方面军损失过大，西南方面军的右翼暴露又未及时转移，1941年9月15日，德军中央、南方两个集团军群合作，在基辅战役中将苏联西南方面军主力包围。苏联军队70个师血战10天，苏联红军少数突围，66万余人被歼灭，其中有6万名军官，包括西南方面军司令基尔波诺斯上将、参谋长图皮科夫中将在内的多位高级将领在突围战中阵亡。希特勒将这次围歼战称为“史上最大的围歼战”。但是随后，在攻击罗斯托夫的战役中，由于主力部队都调往了莫斯科地区，德军遭到了失败。
在德军完成了对列宁格勒的包围之后，完全无力占领列宁格勒。北方集团军群为了稳定侧翼，发起了对提赫文的进攻，但是却遭到溃败。因此，德军对列宁格勒采取了封锁战术。由于苏联红军迅速在与德军的对峙中拥有了兵力上的巨大优势，德军不得不在北方战线采取了被动的守势。同时，芬兰由于不愿意攻占除了冬季战争中被苏联割去的卡累利阿地峡以外的苏联地区，芬军一直都没有进攻列宁格勒。
为了使德军得不到占领区的物资，斯大林采用了当年国内战争时的方法。斯大林于1941年11月17日令苏联红军实行焦土抗战，用大炮、火箭炮，并出动空军摧毁前沿阵地道路两旁40—60公里纵深地区的居民点，组织小分队，放火烧毁村庄、城市，而这些地方并无德国人。人民流离失所，数十万人死亡，苏联人民又蒙受一次灾难。
1941年9月30日，德军集中74个师约100万人，在1700辆坦克，11000门火炮支援下，发起意在夺取莫斯科的攻势，即台风计划（莫斯科会战）。战役的第一阶段以德军在维亚济马地区歼灭苏联红军60余万人的全面胜利而结束。随后德军迅速占领了莫斯科外围，摧毁了数道苏联防线。苏联在危急时刻进行了历史上规模最大的工业转移计划，转移的设备、物资超过100万节车皮，同时从西伯利亚、中亚、远东地区调来了25万的精锐预备队，以朱可夫大将为核心重组了西方面军的部队和防线，组织大量妇女修筑防御工事，并派出大量携带炸药和地雷的工兵分队破坏德军后勤补给线。此时苏联严酷的冬季已经降临，德军作战部队和后勤补给受到了极大限制，由于德国军队没有做好过冬的准备，导致大量的士兵冻死冻伤，许多武器也无法使用。苏联红军对德军进行了殊死抵抗，涌现出了许许多多英雄人物和名言，比如“俄罗斯虽大，背后就是莫斯科”。1941年11月7日，在德国迫近莫斯科之时，苏联依然按时组织了红场阅兵，这是历史上最著名的阅兵之一，受阅部队在阅兵结束后直接开赴前线。1941年12月6日，苏联发起反击，突破德军防御并将其击退200-300公里，莫斯科会战以苏联胜利而结束，德军损失了50多万人和大量的技术装备，这也是不可一世的纳粹德国在二战中第一次受到重大损失，希特勒“三个月灭亡苏联”的狂言彻底破灭。莫斯科局势得以稳定。
1941年冬天，苏联红军在各条战线上发动冬季攻势。在南部，苏联红军越过刻赤海峡，在克里米亚半岛登陆；在北部，苏联红军试图解列宁格勒的围并且歼灭包围列宁格勒的德军和收复迭米扬斯克。但是由于苏联红军的训练拙劣，准备仓促不足，指挥失当，这两个方向的攻势均以失败告终，苏联红军损失巨大。 1942年5月，苏联又在准备不足的情况下，发起第一次哈尔科夫战役，试图收复哈尔科夫，但被德军分割包围后歼灭。同时，曼施泰因指挥的德军席卷克里木半岛，攻克塞瓦斯托波尔要塞，并在刻赤战役中将红军彻底击溃。最终，苏联红军的冬季攻势以失败告终。 成功击退了苏联红军的冬季攻势后，德军认为占领莫斯科十分困难，因此转变进攻重点，改为向苏联的高加索地区展开进攻。进攻初期，德军先在哈尔科夫歼灭了苏联红军20余万人，并迅速南下，席卷整个高加索地区。但是，由于苏联红军在前一年的大溃败中吸取了足够的教训，德军没能在高加索地区大规模歼灭苏联红军，苏联红军虽然无法抵挡德军装甲部队的进攻，但是得以保全力量。
随后，为掩护南下高加索的德军（为了获取巴库油田的石油），德军意图占领伏尔加河畔的斯大林格勒，随之在斯大林格勒展开了与苏联红军旷日持久的大会战（即斯大林格勒战役）。德军在战役开始前对斯大林格勒展开了大规模轰炸，把城区炸成了一片废墟，但事实上这是在给自己添麻烦，因为被轰炸后的斯大林格勒是一片废墟，公路自然也被废墟堵上，因此德国的坦克很难在满是废墟的城区里作战，甚至连行驶都是问题。战役主要在斯大林格勒城内和接近地展开，每一条街道、每一座房屋甚至每一堆废墟都要反复争夺，进展往往按米来统计，战斗极为残酷和血腥，双方投入的总兵力在300万人以上，苏联红军坚强的抵抗，使德军每前进一步都要付出惨重的代价。而此时苏联上百万的预备队已经在两侧聚集，于1942年末在德军两侧发动钳形攻势并包围了德军33万部队，并于1943年2月2日将其全部歼灭。苏联红军取得了决定性胜利，德军第6集团军全部和第4装甲集团军大部，罗马尼亚第3、第4集团军，意大利第8集团军以及配属的大量技术分队和支援部队被歼灭，双方损失始终没有精确统计，一般认为德军损失在85-100万人左右，苏联损失更大一些。斯大林格勒战役与同时期发生的阿拉曼战役、中途岛海战胜利，构成了整个第二次世界大战的转折点（严格的说，阿拉曼战役和中途岛战役，无论是双方投入的力量、持续的时间以及损失情况，均远远无法与斯大林格勒战役相比，过去有些历史学教科书认为，斯大林格勒战役是整个第二次世界大战的转折点是有一定道理的，这里综合东西方的观点。）。
苏联红军在包围顺利德军第6集团军后，士气大振，并迅速夺回了高加索地区。但是，由于苏联红军过分展开，在其进攻哈尔科夫时（第二次哈尔科夫战役），遭到德军反攻，进攻部队被击溃，德军得以稳固自斯大林格勒失败以来不断后退的战线。此时，在前线形成了库尔斯克突出部，德军希望能够利用这个突出部歼灭苏联红军主力部队以夺回战场主动权。1943年7月5日晨，库尔斯克决战打响，但在苏军准备充分的防御阵地面前，德军的进攻步履维艰，12日，双方在库尔斯克南部奥博场方向的普罗霍洛夫卡发生坦克大会战，以帝国师为首的德军装甲部队和以近卫第五坦克军为首的苏军装甲部队发生的遭遇战，激烈的战斗持续了一整天，虽然苏军损失高于德军，但德军始终无法推进，随着苏军在奥廖尔附近的进攻和盟军登录西西里，德军被迫终止了进攻，退回到了出发阵地，8月23日，苏军收复哈尔科夫，库尔斯克战役以苏军胜利而结束。
至此，德军再也没有在苏德战场上发动过战略进攻，而是转向了战略防守，斯大林格勒战役和库尔斯克战役可谓是苏德战场的转折点。
此时苏联经济已经完全转入战时轨道，生产了大量武器装备和物资，同时根据《租借法案》获得了来自美英等同盟国大量援助，军事力量有了很大提高。而德国本土由于美英两国规模越来越大的战略轰炸而遍地废墟，工业生产能力大幅下降，又在北非战场惨败，其仆从国也开始有了反战、反德的倾向，德国已经越来越没有能力与苏联抗衡了。 随着德国在库尔斯克战役的失败，德军南方集团军群被迫后撤，越过了第聂伯河，同时实施“焦土政策”，这使得乌克兰和俄罗斯的村庄变为了废墟，庄稼也被德军烧毁。
此后，苏联红军相继发动了10次大型反击战役（史称十次斯大林突击），将德军完全赶出了苏联国土。之后，苏联红军横扫东南欧，在盟军于1944年6月6日发动诺曼底登陆后，德军不得不从东线调出大量部队以守卫西线，苏联红军更加势不可挡，并且相继攻占了罗马尼亚，保加利亚，匈牙利，南斯拉夫，捷克斯洛伐克，波兰等国。
1945年4月16日苏联红军在渡过奥得河之后开始了进攻柏林的战役，4月21日苏联红军攻入柏林市区，25日完成了对柏林的包围，27日突入市中心，30日苏联红军的三名士兵将苏维埃的红旗插在了柏林国会大厦的楼顶，同一天纳粹德国元首希特勒自杀，1945年5月8日德国无条件投降，苏联也获得了苏德战争的最后胜利。
