Общая стратегическая задача плана «Барбаросса» – «нанести поражение Советской России в быстротечной кампании ещё до того, как будет закончена война против Англии». В основу замысла была положена идея «расколоть фронт главных сил русской армии, сосредоточенной в западной части страны, быстрыми и глубокими ударами мощных подвижных группировок севернее и южнее Припятских болот и, используя этот прорыв, уничтожить разобщённые группировки вражеских войск».
6 декабря 1940 года Гитлер поручил генералам Йодлю и Варлимонту (начальнику Отдела обороны страны) разработку плана войны. В обязанности отдела входили все вопросы ведения войны, согласования пропагандистских мероприятий, сотрудничество вооруженных сил с гражданскими учреждениями. Кроме того отдел должен был участвовать в разработке директив фюрера высшим государственным органам. В. Варлимонт – один из главных разработчиков «Директивы 21», имевшей кодовое название «Фриц», а затем – «Барбаросса».
Планом предусматривалось 
уничтожение основной массы советских войск западнее рек Днепр и Западная Двина, не допустив их отхода вглубь страны. На восьмые сутки немецкие войска должны были выйти на рубеж Каунас, Барановичи, Львов, Могилев-Подольский. На двадцатые сутки войны они должны были захватить территорию и достигнуть рубежа: Днепр (до района южнее Киева), Мозырь, Рогачёв, Орша, Витебск, Великие Луки, южнее Пскова, южнее Пярну. После этого следовала пауза продолжительностью двадцать дней, во время которой предполагалось сосредоточить и перегруппировать соединения, дать отдых войскам и подготовить новую базу снабжения. На сороковой день войны должна была начаться вторая фаза наступления. В ходе её намечалось захватить Москву, Ленинград и Донбасс.
Особое значение придавалось захвату Москвы: «Захват этого города означает как в политическом, так и в экономическом отношениях решающий успех, не говоря уже о том, что русские лишатся важнейшего железнодорожного узла». Командование вермахта считало, что на защиту столицы Красная армия бросит последние оставшиеся силы, что даст возможность разгромить их в одной операции.
В качестве окончательной была указана линия Архангельск – Волга – Астрахань, однако германский Генеральный штаб так далеко операцию не планировал.
В плане «Барбаросса» подробно излагались задачи групп армий и армий, порядок взаимодействия между ними и с войсками союзников, а также с ВВС и ВМФ и задачи последних. В дополнение к директиве ОКХ был разработан ряд документов, в том числе оценка Советских Вооружённых сил, директива по дезинформации, расчёт времени на подготовку операции, специальные указания и пр.
В развитие плана «Барбаросса» главнокомандующий сухопутных войск 31 января 1941 года подписал директиву по сосредоточению войск. Согласно немецким документам, германское Верховное командование располагало исчерпывающей информацией военно-тактического характера о Красной армии, в частности, о количестве войск по каждому военному округу.
В подписанной Гитлером директиве № 21 в качестве самого раннего срока нападения на СССР называлась дата 15 мая 1941 года. Позже из-за отвлечения части сил вермахта на Балканскую кампанию очередной датой нападения на СССР была названа 22 июня 1941 года. Окончательный приказ отдан 17 июня.
Советской разведке удалось получить сведения о том, что Гитлер принял какое-то решение, связанное с советско-германскими отношениями, но его точное содержание осталось неизвестным, как и кодовое слово «Барбаросса». А полученные сведения о возможном начале 
войны в марте 1941 года после вывода из войны Англии были безусловной дезинформацией, так как в директиве № 21 был указан примерный срок завершения военных приготовлений
– 15 мая 1941 года и подчеркивалось, что СССР должен быть разгромлен «ещё до того, как будет закончена война против Англии».
Советское руководство предпринимало определённые действия, однако, о смысле и цели которых до сих пор ведутся дискуссии. В конце мая – начале июня 1941 года было произведено частичное отмобилизование войск под видом учебных сборов запаса, что позволило призвать свыше 800 тыс. человек, использованных для пополнения дивизий, расположенных в основном на Западе; с середины мая из внутренних военных округов началось выдвижение четырёх армий (16-й, 19-й, 21-й и 22-й) и одного стрелкового корпуса к рубежу рек Днепр и Западная Двина. С середины июня началась скрытая перегруппировка соединений самих западных приграничных округов: под видом выхода в лагеря было приведено в движение более половины дивизий, составляющих резерв этих округов. С 14 по 19 июня командования западных приграничных округов получили указания вывести фронтовые управления на полевые командные пункты. С середины июня были отменены отпуска личному составу.
При этом Генеральный штаб РКК армии категорически пресекал любые попытки командующих западными приграничными округами усилить оборону путём занятия предполья. Лишь в ночь на 22 июня советские военные округа получили директиву о переходе к боевой готовности, однако до многих штабов он дошёл уже после нападения. Хотя по другим данным приказы об отводе войск с границы командующим западных округов были отданы с 14 по 18 июня.
Вместе с тем, как известно, конечная цель операции «Барбаросса» осталась недостигнутой. 
Несмотря на впечатляющие успехи вермахта, попытка разгромить СССР в одной кампании провалилась.
Основные причины можно связать с общей недооценкой Красной армии. Несмотря на то, что до войны общее количество и состав советских войск было определено немецким командованием достаточно верно, к крупным просчётам абвера следует отнести неверную оценку советских бронетанковых войск.
Другой серьёзный просчёт состоял в недооценке мобилизационных возможностей СССР. К третьему месяцу войны ожидалось встретить не более 40 новых дивизий Красной армии. На самом деле советское руководство только летом на фронт направило 324 дивизии (с учётом развёрнутых ранее 222 дивизий), то есть, и в этом вопросе немецкая разведка серьёзно ошиблась. Уже в ходе штабных игр, проводимых немецким Генеральным штабом, выяснилось, что наличных сил недостаточно. Особенно тяжёлая ситуация складывалась с резервами.
Кампания 1941 года окончилась поражением немецких войск на центральном участке советско-германского фронта под Москвой, под Тихвином на северном фланге и под Ростовом на южном фланге.
