9月8日，德军遭受重大损失后冲过姆加车站，进抵拉多加湖南岸，夺得什利谢尔堡，从陆上包围了列宁格勒。自此，列宁格勒陷入德军的三面包围，只能从拉多加湖和空中得到补给，长达900天的列宁格勒保卫战拉开了序幕。
包围列宁格勒之后，德军对该市实施了骇人听闻的野蛮轰炸和炮击，投掷了10多万枚航空燃烧弹和航空爆破炸弹，妄图用恐怖轰炸和饥饿困死守城军民。
9月9日，德军又向列宁格勒发起新的进攻。伏罗希洛夫元帅由于指挥不利而被撤职。9月10日，朱可夫大将接替指挥列宁格勒方面军。朱可夫做出的第一个决定是：即使战至最后一人，也要守住列宁格勒。他的口号是：“不是列宁格勒惧怕死亡，而是死亡惧怕列宁格勒！”
与此同时，朱可夫迅速调整和加强了列宁格勒防御，各预备部队得到了民兵支队的补充，大批海军军人离舰上陆，一部分高shè炮调到高地上用于打坦克。至9月底，列宁格勒西南和南面的战线趋于稳定。德军一举夺取列宁格勒的计划破产了，chōu调北路基本兵力进攻莫斯科的企图也随之失败。
从南面夺取列宁格勒的计划失败后，德军于10月改向季赫温实施突击，与芬兰军队会合，企图完全封死列宁格勒。但是，德军未能突至斯维里河。11月中旬，苏军转入了反攻，11月20日，攻占了xiǎo维舍拉，12月9日夺回了季赫温，将德军赶过沃尔霍夫河。
列宁格勒保卫战具有全民动员的xìng质。列宁格勒的工业给前线提供了武器、装备、服装和弹yào，而该市居民则在被封锁后第一个冬chūn提供了10万多新兵。为了使居民免于挨饿，拉多加湖区舰队承担了湖上给养、弹yào和武器的输送。
11月中旬，湖上航行因为冰封而中止。11月19日，又在拉多加湖的冰上开辟军用汽车路，被围城市通过冰上jiāo通线得到了战斗和生活必需品的供应，疏散了没有劳动能力的居民以及工业设备等。
尽管得到了一些给养补充，这些供应还远远不能满足守城军民的需要。列宁格勒城内被迫实行了配给制，工人每人每天只能得到8两面包，儿童、病人和公务员只能得到4两面包。但是，列宁格勒军民不畏困难，每天仍有45000人参加修筑防御工事，工人们在德军的炮火下坚持生产。全城军民步步为营，铸成了一条攻不破、打不烂的钢铁长城。
1942年1月，苏军在柳班方向发动突击，8~10月又在锡尼亚维诺方向实施了顽强战斗，疲惫和消耗了德军的基本兵力。苏联游击队也在列宁格勒州、诺夫哥罗德州和普斯科夫州的德国占领区展开了积极的战斗，以xiǎo型兵器使敌军遭受重大损失。
1942年2月，苏军在远程航空兵、炮兵和红旗bō罗的海舰队航空兵的支援下，兵分两路在拉多加湖以南什利谢尔堡、锡尼亚维诺之间狭xiǎo突出部实施了相向突击，力图打破德军对列宁格勒的封锁。两路苏军成功突破德军防线，在拉多加湖与战线之间形成了8~11公里宽的走廊，并在17个昼夜内铺设了铁路和公路各一条。从而改善了战役态势。
1942年5月8日，德国的另一路军，曼施坦因上将指挥的德第11集团军首先在克里米亚发起了攻势，一周后占领了刻赤半岛，俘虏苏军17万人。
7月4日，守卫塞瓦斯托bō尔要塞的近10万苏军被迫向德军投降，德军占领了整个克里米亚。5月12日，当刻赤半岛正在jī战之际，铁木辛哥元帅指挥西南方面军和南方方面军，共约45个师，分别从哈尔可夫的东北和东南两面向哈尔可夫发起进攻。进攻开始时发展顺利，突破了德军防御，并于3昼夜内前进了25—50公里。斯大林很高兴，并据此谴责总参谋部，说险些因为总参谋的固执己见而取消了一次如此顺利的战役。但斯大林没能高兴多久。
第第6两个集团军支援下，从哈尔可夫南面向苏军侧翼发起反攻，并于第第6集团军和博布金战役集群。至5月29日，被围苏军大部被歼。苏军西南方面军副司令员科斯坚科中将、第第9集团军司令员戈罗德扬尼斯中将、战役集群司令员博布金少将阵亡。苏军共有25万人被俘，损失坦克1249辆，火炮2026mén。
哈尔科夫战役拉开了斯大林格勒会战的序幕，德军在克里木和哈尔科夫的胜利使苏联来之不易的预备队消耗殆尽，南翼受到严重削弱，德军重新夺回部分战略主动权，暂时处于优势地位。德军夺取了巴尔文科沃突出部，为即将发动的攻势占据了有利的进攻出发阵地。
1942年6月第第2集团军突然从库尔斯克东北向东攻击，对布良斯克方面军的第13和40集团军实施了突击，目标直指顿河上游的沃罗涅日。第6集团军也从哈尔科夫东北发起了进攻，以斯大林格勒为目标向东南tǐng进，并突破第21和28集团军防御。在沃罗涅日方向上苏军所有方面军的预备队都投入作战，最高统帅部还chōu调第第5集团军加强布良斯克方面军。随着预备队不断投入，沃罗涅日方面局势稍有缓和，但没有消除德军突破顿河以及沿顿河向斯大林格勒方面突击的严重风险。
第4装甲集团军的前锋已bī进沃罗涅日。但希特勒突然改变了计划，决定不占领该城，他命令霍特在获得第2集团军的接替后，迅速转向南面沿顿河向斯大林格勒前进。包克元帅却想占领沃罗涅日，以彻底歼灭该地域内的苏布良斯克方面军主力，这使希特勒大为恼怒，当即撤消了包克元帅的b集团军群司令之职，由第第2集团军司令则由萨姆斯将军继任。南面高加索方向，利斯特a集团军群于第1装甲集团军从哈尔可夫南面向顿尼兹河北岸进击。鲁夫第17集团军则从塔甘罗格北面向伏罗希洛夫格勒进攻。同时，匈牙利第第4装甲集团军也对佛罗尼斯发动了突袭，并在7月5日攻陷该城。
德军的进攻非常成功，苏联军队在空旷的大草原上很难进行有效的抵抗，苏军后撤达100…300公里，顿河及顿巴斯盆地最富饶的地区均落入德军之手。
然而，第6集团军在战役初期就取得令人满意的战果使希特勒再次改变了计划。他认为攻占斯大林格勒无需那么多兵力，遂于第4装甲集团军从斯大林格勒方向南下，转隶a集团军群，以支援克莱斯特第1装甲集团军强渡顿河下游。这样，斯大林格勒方向的进攻部队就只剩下了保卢斯的第6集团军，辖有6个军，含2个装甲军，计14个师约27万人，近500辆坦克，第4航空队1200架作战飞机进行支援。由于jiāo通等问题，第6集团军的前进步伐有所放慢，给了苏军一定的准备时间。这样就给德国人的失败埋下了隐患
就在德国和俄国人在列宁格勒把血流尽的时候，美国人也在准备一项绝密计划。
美国陆军部于1942年6月开始实施的利用核裂变反应来研制原子弹的计划，亦称曼哈顿计划。为了先于德国制造出原子弹，该工程集中了当时西方国家许多优秀的核科学家，动员了10万多人参加这一工程。核武器的出现，是20世纪40年代前后科学技术重大发展的结果。
1939年初，德国化学家o。哈恩和物理化学家f。斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文。几个星期内；许多国家的科学家验证了这一发现；并进一步提出有可能创造这种裂变反应自持进行的条件，从而开辟了利用这一新能源为人类创造财富的广阔前景。但是，同历史上许多科学技术新发现一样，核能的开发也被首先用于军事目的，即制造威力巨大的原子弹，其进程受到当时社会与政治条件的影响和制约。
从1939年起，由于法西斯德国扩大侵略战争，欧洲许多国家开展科研工作日益困难。同年9月初，丹麦物理学家n。h。d。玻尔和他的合作者j。a。惠勒从理论上阐述了核裂变反应过程，并指出能引起这一反应的最好元素是同位素铀235。正当这一有指导意义的研究成果发表时，英、法两国向德国宣战?