Как и во всех предыдущих операциях, отработанных на Западе, германские войска, используя тактику внезапности, с первых часов добились стратегического преимущества. К моменту их нападения непосредственно в 3—5 км от границы, за линией пограничных застав, располагались лишь отдельные роты и батальоны советских войск, а главные силы первого эшелона обороны находились в районах, удаленных от отведенного им рубежа развертывания на 8—20 км. Силы второго эшелона (в основном механизированные части) вообще находились в 50—100 км от границы.
В целом начальный период советско-германской войны, условно названный в исторической литературе «приграничные сражения» и продлившийся почти до середины июля, развивался по следующему сценарию.
22 июня в 4 часа утра части группы армий «Север» начали наступление, сосредоточив основные усилия на шауляйском и вильнюсском направлениях. На шяуляйском направлении трем танковым и двум пехотным дивизиям немцев противостояли войска 125-й стрелковой дивизии генерал-майора П. Богабгуна. Лишь к середине дни, нанеся большой урон врагу и потеряв большое количество своего личного состава, дивизия была вынуждена оставить Тауроген. Овладев этим городом, танковые соединения вермахта устремились к Расейняю. Дорогу к городу им преградили части 48-й стрелковой дивизии под командованием генерал-майора П. Богданова. В течение нескольких часов они задерживали продвижение германских войск, а затем вынуждены были отойти за реку Дубисса. В ходе этих боев дивизия понесла тяжелые потери: погиб ее командир, соединение лишилось штаба и 70% личною состава.
В дальнейшем 4-я германская танковая группа переправилась через Дубиссу и быстро двинулась к Западной Двине, чтобы выйти к ней на участке Даутавпилс—Екабпилс. Командование Северо-Западного фронта (в первые дни войны военные округа были преобразованы в Северный, Северо-Западный, Западный, Юго-Западный и Южный фронты) по указанию Ставки сделало попытку организовать оборону на рубеже Западной Двины. Однако темпы развертывания советских войск и занятия обороны были недостаточными, что позволило передовым танковым корпусам 4-й танковой группы уже 26 июня достичь Западной Двины в районе Даугавпилса, овладеть городом и создать плацдарм на северном берегу реки.
В это же время части 16-й и 18-й германских армий быстро продвинулись вперед благодаря мощным ударам механизированных подразделений. 29 июня 18-я армия захватила Ригу. Подтянувшись к Западной Двине, в дальнейшем две германские армии наступали за 4-й танковой группой. Последняя 9 июля достигла северной окраины Пскова, а 10 июля вышла южнее Опочки. На противоположном берегу Западной Двины один армейский корпус начал наступление с целью захвата Эстонии и к 10 июля достиг рубежа Тарту—Пярну. В итоге боевых действий с 22 июня по 9 июля войска Северо-Западного фронта оставили Прибалтику, понесли тяжелые потери и позволили германским частям продвинуться до 500 км вглубь территории.
В целом наступление частей группы армий «Центр» началось довольно удачно. На южном фланге все переправы через Буг остались неразрушенными и попали в руки немцев. К исходу 22 июня передовые части 3-й танковой группы уже форсировали реку Неман в районах Алитус и Меркине (Меречь). 24 июня 2-я танковая группа достигла района Слонима, 3-я танковая группа — района Вильнюса. За ними следовали 4-я и 9-я армии. Части Красной армии, находившиеся в районе Белостока, пытались отойти на восток и вырваться из постепенно образующегося котла. Однако наступающим танковым группам немцев при поддержке крупных воздушных сил все же удалось задержать их отход до тех пор, пока 29 июня в районе восточнее Белостока не произошло соединение частей 4-й и 9-й армий. В течение нескольких суток советские войска предпринимали отчаянные попытки прорваться на восток и на юго-восток и разорвать суживающееся кольцо окружения. После того как окружение было окончательно завершено, активные боевые действия в этом районе прекратились.
Тем временем танки 2-й и 3-й танковых групп стремительно продвигались на восток, чтобы вновь осуществить окружение советских войск, которые отошли на восток и избежали котла в районе Белостока. 2-я танковая группа 27 июня достигла южной окраины Минска и встретилась там с 3-й танковой группой, которая еще накануне, продвинувшись через Вильнюс, достигла северной окраины города. Таким образом, западней Минска и в районе Новогрудка части Красной армии вновь попали в окружение, которое было окончательно завершено силами 4-й и 9-й армий. К 9 июля советские войска, оказавшиеся в котле, были либо пленены, либо уничтожены.
В дальнейшем части 4-й танковой армии фельдмаршала фон Клюге (создана 3 июля слиянием танковых групп) начали преследование сил противника, избежавших окружения, в направлении на восток и юго-восток, чтобы достигнуть Смоленска. 2-я танковая группа вела наступление вдоль автострады Минск—Орша—Смоленск и, несмотря на упорное сопротивление частей Красной армии, вскоре достигла Днепра в районе Рогачева. 3-я танковая группа 4 июля захватила плацдарм на восточном берегу Двины западнее Витебска. К 10 июля танковые группы, форсировав Березину и Друть, вышли к Днепру и начали подготовку к форсированию реки. В итоге боевых действий с 22 июня по 9 июля войска Западного фронта понесли тяжелое поражение. Германские войска продвинулись до 550 км, заняли почти всю Белоруссию и вышли к Днепру.
Германские танки принимались на вооружение под индексом Pz.Kpfw (Panzerkampfwagen). Первый танк вермахта, Pz.Kpfw.I, в войсках называемый «единицей», имел очень тонкую броню и был вооружен всего двумя пулеметами. Это дешевая в производстве, быстрая и маневренная танкетка, но ее бронезащита и вооружение были очень слабыми. К началу операции «Барбаросса» устаревшие Pz.Kpfw.I были в основном заменены в войсках более совершенными легкими и средними танками, однако 400 «единиц» все же использовались на первом этапе боевых действий на Восточном фронте. Следующую машину, Pz.Kpfw.II, уже вполне можно было отнести к легким танкам. Толщина брони обеспечивала экипажу защиту от огня винтовок и пулеметов, а вооружение состояло из пулемета и пушки калибра 20 мм. По состоянию на 1 июня 1941 г. на вооружении вермахта находилось около 1100 таких танков, из них примерно 900 были задействованы в операции против СССР.
Первые серийные танки Т-34 покинули цеха Харьковского паровозостроительного завода уже в сентябре 1940 г., а до конца года заводчане выпустили около 115 танков. К началу Великой Отечественной войны советская промышленность поставила армии 1225 таких танков. Специалисты отмечают, что Т-34 по боевым и маневренным качествам превосходил все зарубежные средние и даже тяжелые танки того времени. Высокая удельная мощность двигателя, рациональные углы наклона брони, значительное вооружение, большой запас хода — вот главнейшие достоинства машины. К этому следует добавить простоту конструкции, облегчавшую массовое производство Т-34, их обслуживание и ремонт в полевых условиях. Усовершенствование конструкции танка Т-34 продолжалось практически в ходе всей Великой Отечественной войны. Так, со второй половины 1941 г. его вооружили более мощной 76-мм пушкой образца 1940 г. с длиной ствола 41 калибр. Бронебойный снаряд весом в 6,3 кг, выпущенный из этого орудия, обладал начальной скоростью 662 м/с и на дистанции 500 м пробивал под прямым углом броню толщиной до 70 мм.
С первых часов вторжения германские войска группы армий «Юг» натолкнулись на мощную оборону Красной армии. До 3 июля на всей полосе наступления продолжались упорные бои. Советские войска медленно отходили на восток, организовывая многочисленные контратаки против вырвавшихся вперед немецких танковых частей. 4 июля 1-я танковая группа достигла района западнее реки Случь, 17-я армия вышла на рубеж Львов—Рава-Русская, 6-я армия форсировала реку Стырь. 11-я армия перешла в наступление только 2 июля и начала оттеснять советские войска к Днестру в направлении на Могилев-Подольский. Части Красной армии, хотя и понесли тяжелые потери, сумели избежать замышлявшегося немцами охвата и организованно отошли за реку Случь, Западный Буг в его верхнем течении и Днестр в районе Могилева и южнее.
На Юго-Западном фронте попытка немецких войск с ходу прорваться к Киеву была сорвана встречным ударом механизированных частей Красной армии. В результате танкового сражения, продлившегося до 29 июня, продвижение войск группы армий «Юг» было остановлено на рубеже городов Луцк—Ровно—Броды. Это позволило остальным войскам Юго-Западного фронта организованно отойти в Львовский, Кременецкий и Острогский укрепрайоны.
Согласно немецкой тактике ведения боевых действий, первыми в бой вступало большое количество самолетов-штурмовиков и бомбардировщиков. Они налетали на войска противника и выводили из строя его танки и бронетехнику перед тем, как по неприятелю наносили удар наземные силы вермахта. Настоящим символом и одним из средств ведения «молниеносной войны» стал штурмовик Ju.87 фирмы «Junkers». Он назывался «штукой» (сокращение от немецкого слова, в переводе означающего «пикирующий бомбардировщик»). На самолете устанавливались мощные сирены, которые производили во время пикирования громкий вой, деморализующий противника.
Первые удары германской авиации были нанесены по пунктам управления, аэродромам, железнодорожным узлам, военно-морским базам, местам расквартирования военных частей и многим городам на глубину до 400 км от государственной границы. Советская авиация за первый день войны потеряла около 1200 самолетов (в том числе авиация Западного военного округа — 738), причем большая часть была уничтожена на аэродромах, не успев вступить в бой. Кроме того, налеты германской авиации привели к тяжелым потерям в войсках еще до их подхода к фронту.
Несмотря на широкомасштабное наступление немецких войск на всем участке Восточного фронта, план «Барбаросса» ими был выполнен лишь частично. Разгромить крупные группировки советских войск немцам удалось лишь в Белоруссии, в то время как в Прибалтике и на Украине они лишь оттеснили противника вглубь страны. В то же время отчаянное сопротивление советских войск сорвало план ведения молниеносной войны и позволило советскому командованию втянуть в бой войска второго стратегического эшелона. Тем не менее, период «приграничных сражений» в целом привел к поражению Красной армии. Она потеряла убитыми и ранеными 850 тыс. человек, 9,5 тыс. орудий, свыше 6 тыс. танков, около 3,5 тыс. самолетов; в плен попало около 1 млн человек. Была оккупирована значительная часть страны, немцы продвинулись вглубь до 300—600 км, потеряв при этом 100 тыс. человек убитыми, почти 40% танков и 950 самолетов.