A középső hadseregcsoportnak megálljt parancsoltak. A két szárnynak először meg kellett semmisítenie a szemben álló szovjet erőket, majd mindhárom csoportnak egyesítenie erőit a Moszkva elleni végső csapáshoz. A háború után sok német tábornok azt állította, hogy ez hibás döntés volt, és emiatt veszítette el Hitler a háborút. Zsukov nem értett egyet velük: "Augusztusban a német erők nem voltak olyan helyzetben, hogy meginduljanak Moszkva felé és elfoglalják a várost, ahogy egyes német tábornokok tervezgették. Ezért a német tábornokok és történészek mindén olyan törekvése, hogy Hitlerre hárítsák a felelősséget a vereségért, hiábavaló."
A valóságban nem is volt más lehetőség. Mind a három hadseregcsoport ereje fogyóban volt, kimerítette őket a szovjet ellenállás, és az egyre növekvő terület, amelyet át kellett fogniuk. A legerősebb, a középső hadseregcsoport megerősíthette volna a délit, ha védelemre rendezkedik be. A két másik csoport egyike sem erősíthette volna meg a középsőt, és nem védhették volna a középső hadseregcsoport oldalát sem, ha az előrenyomul Moszkva felé. Mindenesetre a döntés megszületett. Guderian Moszkva felé igyekvő harckocsijai elfordultak, és délkeleti irányban intéztek csapást a Kijevet védelmező szovjet csapatok védtelen szárnya ellen.
Mozgásba lendültek északon Leeb, délen Rundstedt hadseregei is. Szeptember elejére Leeb elérte Leningrád elővárosait. Előzőleg azt az utasítást kapta, hogy harckocsijaival ne bocsátkozzék utcai harcokba. Leeb azonban saját győzelemre áhítozott. Az nem jutott eszébe, hogy páncélosaira talán másutt volna szükség. A német tankok megindultak. Leningrádban a védelmet vezető Vorosilov és Zsdanov körül zavaros volt a helyzet. Sztálin arra gyanakodott, hogy el akarnak szakadni, és önálló béketárgyalásokat folytatni. Leváltotta őket; Vorosilov fölfelé bukott, és Zsukov vette át a parancsnokságot, és itt aratta első győzelmét. A németek megállásra kényszerültek, és több rohamot nem is indítottak a város ellen.
Novemberre Leningrádot szinte teljesen bekerítették, csak a befagyott Ladoga-tó jegén lefektetett vasútvonalon lehetett ellátni a várost. Hárommillió lakosának több mint a harmada éhenpusztult, mire 1944-ben kinyílt az ostromgyűrű. De Leningrád túlélte. A pillanatnyi következmény viszont az volt, hogy Leeb nem tudott páncélosokat adni a Moszkva elleni támadáshoz.
Délen viszont fölragyogott a németek napja - a történelem legnagyobb katlancsatájában, ahogy nevezték. A több mint egymilliós szovjet hadsereget Bugyonnij hozzá nem értően vezette, és még jobban megbénította Sztálinnak az a parancsa, hogy szó sem lehet visszavonulásról. Mialatt Bugyonnij még mindig csapatokkal tömte Kijevet, Kleist délről fölfelé nyomuló páncélosai összetalálkoztak Guderiannal, aki váratlanul másfél száz kilométernyit haladt lefelé északról a szovjet csapatok háta mögött. A szovjetek ereje kevés volt a kitöréshez. A németek saját állításuk szerint 665 000 foglyot ejtettek, bár ez a szám talán túlzott. Zsákmányoltak vagy megsemmisítettek 718 harckocsit és 3718 ágyút. Rundstedt tovább nyomult előre, elfoglalta Ukrajnát, a Krím legnagyobb részét és a Donyec-medencét. A hadművelet során a németek további 400 000 foglyot ejtettek, és zsákmányoltak vagy megsemmisítettek 753 harckocsit és 2800 ágyút.
Ott volt hát a nagy zsákmány, amelyre Hitler vágyakozott: nemcsak győztek, hanem meghódították a Szovjetunió legnagyobb iparvidékét, élelmiszereinek és ipari nyersanyagainak fő forrását. A Szovjetunió elveszítette ipari termelése harmadát, mezőgazdasági művelés alatti területe felét. 1941 végére a szovjet ipari termelés a háború előttinek a felét sem érte el. Németország megkapta a Lebensraumját! Mindez csak illúzió volt. A visszavonuló szovjet erők könyörtelenül követték a "felperzselt föld" elvét. Fölrobbantották a dnyepropetrovszki vízi erőmű duzzasztógátját, vasutakat, hidakat pusztítottak el, elégették az élelmiszerkészleteket. A németek csak rontottak a helyzeten azzal, hogy brutálisan bántak a lakossággal. A hőn áhított Ukrajna nem sok hasznot hajtott meghódítóinak.
A vereségek közepette ugyanis a Szovjetuniónak volt egy nagy győzelme. Ukrajna gépei és gyárai munkásaikkal együtt szépen, csöndben eltűntek onnan. A szovjet kormány már a háború előtt létrehozott egy új iparvidéket az Uráltól keletre, és 1941-ben már ez az iparvidék szolgáltatta az ipari termelés egyharmadát. Nyomban a háború kitörése után elkezdték keletre költöztetni a meglevő gyárakat. Az Ukrajna lerohanását megelőző időszakban mintegy 500 gyárat költöztettek el. Csak egyetlen gyár elszállítása 8000 vasúti kocsit igényelt, mégis négy hónapon belül már újra termeltek. 1942-re a szovjet ipar havonta 2000 harckocsit és 3000 repülőgépet állított elő. Nagyobb gondot jelentett a mezőgazdaság. A parasztok legtöbbjét behívták a hadseregbe, és a mezőgazdasági terület fele elveszett. Az élelmiszer-termelés sohasem érte el a háború előtti szintet, és a háború során mindenki éhes volt a Szovjetunióban.
