完成基辅与斯摩凌斯科的包围圈后，整个苏德战场的全面攻势进入第二阶段。第二阶段的主要目标有且只有一个，就是攻占莫斯科与列宁格勒等象征着苏联民族尊严的城市，极大地从军事、经济和心理上打击苏联统治者和人民，最终逼迫苏联投降。
在过去的两个月中，中央集团军群虽然已经非常成功地实施了明斯克、斯莫凌斯科的围歼，并且参与帮助完成更伟大的基辅会战，但是，它始终没有忘记它最初也是终极的目标——进军莫斯科。无论历史上的评论如何说德军攻下莫斯科也是一座空城，同样重蹈拿破仑的覆辙等等，但是，这个城市30个胜利点的重要性，不可能让元首熟视无睹。41年9月21日，整个中央集团军群重新集结，开始发动莫斯科会战。先头部队坦3集（第三装甲集团军）和第9集团军在斯莫凌斯科通往莫斯科的快速公路上进军，目标直指莫斯科的大门户——布良斯克，这里集结着整个红军的布良斯克方面军。同时，第二装甲集群则从北面实施辅助合围。
整个布良克斯攻坚战整整持续了40天，苏军临时构筑起的2条防守线在坦3集的冲击下，逐步瓦解。由于时间的提前，使得中央集团军群的前进道路路况没有进入雨季泥泞期，所以没有重蹈历史的覆辙，在攻占该堡垒时浪费了宝贵的兵力和时间。布良斯克被占领后，莫斯科其实已经触手可得。等待摩托化部队到达后，装甲部队重新启动，给予莫斯科最后一击。之前三次包围战几乎消灭了苏军整个中线战场的所有抵抗，因此前进莫斯科的道路变得畅通无阻，零散的步兵师抵抗显得杯水车薪螳臂当车。整个中央集团军群从三个方向在同时进攻。党卫军装甲师从奥缪尔和图拉，北向攻击；第三坦克集团军从布良斯克前突；第9集团军中的装甲第4，第10军，从加里宁方向北面突破。
十一月底，入冬季节前，钢铁洪流顺利攻占了整个苏联的象征、拥有30个胜利点的首都。布尔什维克的旗帜已经摇摇欲坠。（个人觉得，这次红军的抵抗太过缺乏坚韧的品质，远不像历史上这种拼到最后一枪一弹的境界。这点电脑还有待提高）
在莫斯科会战开始后不久，南方集团军群完成了基辅包围圈的剩余扫荡后，开始全面转向，进攻高加索地区，拯救在土耳其境内的第6，第17集团军，并获得宝贵的石油和麦田资源。但是，长达1000多公里的突袭，侧翼的威胁将不断增加，而且红军在最南线还拥有着几十个军的实力。所以，再三计算，决定先攻占重镇哈尔科夫，以此为据点发动对高加索的总攻。十月初，第1装甲集团军越过第聂伯河，向哈尔科夫发起总攻。
41年10月10日，德军装甲先头部队顺利越过第聂伯河，攻占哈尔科夫。并以此为据点，发动了向罗彻斯特及更遥远的伏尔加河畔的斯大林格勒的进军。
然而，历史几乎在这里重演，这次进军成为整个南方集团军悲剧的开始。苏联大地11月天降大雪，本已经烂到极点的基础设施，加上恶劣天气的加成惩罚，德军的补给终于跟不上了。导致历史上德军在东线惨败的主要原因之一，在这里得到了再逼真不过的还原。很多装甲车因为没有补给，就像铁钉一样定在了原地。南方军群第11集团军眼看着南部重镇进入高加索地区的门户罗彻斯特在眼前，但却再也无法再前进一步。所有部队自带的一个月补给在疯狂的向南奔跑中已经用尽，而依靠柏林到达的补给，只能两到三天才购一次行动的需求量，整个补给线全面飘红，接近崩溃。（下图上圈）
与此同时，战役性的决策失误也屡次发生，加重了前线补给困难的局面：第2装甲军攻下赤刻岛，消灭了克利木方面军后，计划继续跨海向东协作第11集团军主力攻占高加索地区。但在补给如此糟糕的情况下，这次孤军深入完全忘了“外行看战术内行玩补给”的根本原则。这一大意的后果是令人心寒的——5个4星装甲师被钉在跨海后的高加索平原上，其中两个师被红军陆续派来的步兵部队包围并全歼！（下图下圈）和元首一样犯了没学会战略性后撤的错误，不愿意放弃所得之地跨海西撤克里木，导致了德军精锐部队的覆灭。
为了解救在北高加索的第2装甲军的全军覆灭，第11集团军只能不顾补给，从北面罗彻斯特城强攻南下（前面提到，本身11集的补给也已经捉襟见肘，2，3天才能恢复补给，因此进军速度很慢。）；然而，第11集团军打通了与第2军的联系后，拯救了装甲第2军后，却发现自己也出现了罕见的危机，敌人剩余的西南方面军部队开始绕后猛攻罗彻斯特，有从北面切断整个第11集团军的企图。
更为惨烈的一幕出现在了斯大林格勒的进攻方向。南方集团军群两个集团军从哈尔科夫出发，计划延顿河一线攻占沃罗涅日、巴普洛夫斯科、卡拉奇，并在顿河大转弯处渡河，最终攻占斯大林格勒。这次进攻路线和历史上1942年德军夏季攻势的进攻路线基本一致，而恰恰令人未能想到的是，结果也是惊人的一致。在有限的补给状态下，不敢投入过多的装甲军突击部队，所以只能每隔三个省份留守一只部队防守，侧翼的防护比当年罗马利亚、意大利8集的防御还要薄弱。果然，苏联的反击如期到来。红军的斯大林格勒方面军从巴普洛夫斯科切断了德军突入斯大林格勒的生命线，将两个军围困在了斯大林格勒中。而整个这条突击线南部侧翼担任防护的第10军，也因为补给问题，在巴拉克利亚方面受阻，担心被红军包围，不敢强攻为第14，15军解围，只能边打边退，回到了哈尔科夫和罗斯托夫一线。就此，整个北高加索地区被苏军分割成3片，留下了一条牛皮糖的线路，令人看得恐怖。
由于缺乏补给，即使空军司令部派来大量的运输机空投物资，效果依然差强人意。在随后的2个月中，整个包围圈被苏联的这只步兵队伍越缩越小，最终像历史上的第6集团军及保卢斯元帅那样，湮灭在了斯大林格勒的瑟瑟寒冷中。
所以，整个12月到2月的冬季战场失败一个接一个，整个德军前线除了北方战线外，被死死地钉在了第聂伯河上。从罗切斯特到高加索一带的军队都面临切断的危险。而此时最高统帅部的预备队部队也显得捉襟见肘，无法组织起有效的防御。最高统帅部遂停止各条线的攻击，重新详细计算了各战线节点上的兵力部署和敌军形式，修改整个巴巴洛萨计划。经过详细的思考计算，发现整个危机的解决方案就在于能否解救罗彻斯特城：一旦罗彻斯特城稳定下来，延顿河下游南岸突击，逆流而上进行斯大林格勒战役，而不再从西南线攻击斯大林格勒。同时，罗彻斯特可以稳定住第11集团军，给其在遇到危机时。而担任这个任务的，将是第6集团军——目前在高加索格鲁吉亚阿赛拜疆地区建立起防御工事的部队。这个集团军将沿着黑海东海岸向西北面进军，反方向来救援罗彻斯特南下作战第11集团军。
这一决策赌博好在算胜利了。虽然付出的代价也很大，过程中狭长的黑海边缘突击线也差点给敌人切断，但总算三军互相配合，德国空军的所有力量集结在第聂伯河与顿河的机场上，对苏军的地面部队狂轰乱炸，终于阻止了红军对没有补给的陆军的进攻。同时，随着时间入春补给恢复，6集和11集最终形成了对北高加索方面军的合围。当然，虽然对苏军形成了合围，但再也没有力量完成向心攻击，只能通过不断地换防来保证这个包围圈。同时还要不断考虑第6军团在第比利斯与格罗兹尼一路的侧翼威胁。
五月上旬，高加索地区的情况瞬间得到了好转，由于整个国防军北线和中线全部停止攻击，使得柏林所有补给都重点输送到南方集团军群，对与高加索合围的敌人终于开始向心攻击。同时，第1装甲集团军加上中央集团军群调配得来的装甲部队，延顿河下游向斯大林格勒重新发起进攻。这次其侧翼得到了包围圈的第11集，第6集的强有力保护。终于在1942年5月12日，发动对苏战争的二百九十九天后，攻占了斯大林格勒。苏联丧失了其最后的抵港基础，整个国家的不得不放下武器，换来苦涩的和平。向德投降的条件是割让伏尔加河以东500公里为界的所有土地给德国，从此布尔什维克永远被赶到了东方，在新西伯利亚地区苟延残喘。