与此相应，苏联国防人民委员部也进行了改组。该部所属苏联武装力量总参谋部，被改组为最高统帅部大本营制定战略计划和领导前线武装力量的主要业务机关，并得以摆脱动员补充和军事训练等繁杂的日常工作。同时，新建或恢复空降兵、火箭炮兵、工程兵、国土防空军和炮兵等司令部或部，加强对军兵种的战略指导。通信人民委员兼任副国防人民委员和总通信部长，以集中领导军、地所有通信部门。
此外，根据1941年7月16日联共(布)中央政治局和苏联最高苏维埃主席团《改组政治宣传机构和在工农红军中实行军事委员制度的决议》，苏联红军总政治宣传部和海军总政治宣传部均改组为总政治部，陆海军机关、部队和军事院校都实行军事委员制，以加强党对武装力量的领导和战时思想政治工作。根据1941年8月国防人民委员会的决定，苏军还组建了总后勤部和各级后勤部，加强对后勤工作的统一指挥。
第二，改革部队的编制体制，以适应形势变化。为适应作战部队大量减员、武器装备严重短缺的实际情况，提高部队的指挥效能和在困难条件下机动作战的能力，作为应急措施，苏军总统帅部大本营于7月15日作出集团军小型化的决定，即暂时撤销军(含机械化军)一级建制，集团军直辖5～6个师(原辖9～12师)。同时，对陆、空军部队实施缩编。根据7月29日确定的编制，各步兵师的名额压缩30％，配备的火炮减少52％，汽车减少64％；骑兵师人数减至约3000人；坦克师缩编为坦克旅；反坦克炮兵撤旅改团；空军师改3团制为2团制，各团的飞机数量也从60架减至30架(后为22架)。尔后，随着兵力、兵器的增加和战场形势的变化，苏军对部队的编制体制进行过多次调整。
第三，大力组建和有效运用战略预备队，作为扭转战局的“撒手锏”。根据苏联国防委员会7月16日《关于国防人民委员部和海军编练预备队的决定》，8月成立了红军编练总部。在其统一组织和检查督促下，苏军隐蔽编练了大量预备队，源源不断地开赴前线。“最高统帅部预备队始终是出敌意外地从根本上改变战役战略形势的主要手段”，它们在主要方向上集中地投入交战，取得显著战果。此外，苏军从8月开始组建最高统帅部预备队航空兵，以集中有限的空军兵力应付急需。
第四，根据战场实际，及时调整主要防御方向。苏军发现对德军的主突方向判断有误后，迅速将其主要防御方向从原来的基辅方向调整到斯摩棱斯克、莫斯科方向，并将近80％从内地调来的部队输送到那里。首先到达的部队早在7月中旬就加入了斯摩棱斯克战役。
第五，摈弃消极保守的一线式防御，代之以纵深梯次配置的防御体系，以增强防御的稳固性。在西战略方向，西德维纳河、第聂伯河防线的主要防御地带刚被德军突破，苏军总统帅部大本营即着手新建纵深梯次配置的防御体系。7月14日和18日，它接连下令在西方面军后方分别组建后备方面军和莫扎伊斯克防线方面军，以便在西德维纳河、第聂伯河防线以东至莫斯科前方建立2道新的防线。命令要求这两个方面军，分别占领旧鲁萨、奥斯塔什科夫、叶利尼亚、布良斯克一线和沃洛科拉姆斯克以西、莫扎伊斯克、卡卢加一线，迅速构筑梯次配置的筑垒工事。其中，莫扎伊斯克防线由3道防御地带组成，每道防御地带的间距为30～60公里，其间还设有多道中间防御阵地和斜切防御阵地，防线的全纵深达120～139公里。在西北和西南战略方向，苏军也采取了类似措施，但规模较小。
第六，在以坚守防御为主的前提下，辅之以可能的机动防御。在防御作战中，注意“以我之机动对付敌人的机动”，适时集中兵力，向德军发起反突击，争取变被动为主动。
第七，在加强地面防御的同时，大力提高对空防御的能力。在短时间内，苏军的防空兵力和兵器得到明显加强，防空体系的编成不断有所改进，莫斯科和列宁格勒等政治、经济中心，军工、能源基地和通信、交通枢纽受到有效掩护。
第八，加强敌后斗争，陷敌于两线作战。为有效配合苏军的正面防御，联共(布)中央于1941年7月18日作出《关于在德军后方组织斗争的决定》。1941年下半年，“18个地下州委、260多个地委、市委、区委和其他党的机构”，在德军占领区陆续组建“游击队2000多支，总人数达9万余人”，并发动广大群众积极开展包括武装斗争在内的各种抗德活动，陷德军于腹背受敌和两线作战的困难境地。
第九，着眼战争全局，精心组织防御。在各战略方向，分别实施基辅、斯摩棱斯克和列宁格勒等大规模战役和会战，以顽强的抗击和有效的反突击迟滞和消耗进攻之敌，为尔后粉碎德军的战略进攻创造必要条件。
第十，积极展开外交活动，以共同对敌。在作好国内工作的同时，力争英美等国支援，促进国际反法西斯联盟的形成，以最大限度地孤立敌人和增强对德作战的能力。
另外，在此期间，苏联在改善战略指导，加速战斗动员，加强政治思想和搞好物质保障等方面而采取了各项措施，这些措施在与德交战的过程中，逐渐取得明显成效，这为苏军战略防御方针的贯彻实施创造了有利条件。
4.苏德交战的几个主要战役
基辅战役
基辅是苏联的第三大城市，战略地位十分重要，它位于第哥伯河与杰斯纳河交汇处，陆路水路和航空四通八达，既是苏联西南地区的交通要塞，也是德军夺取顿涅茨工业区和高加索油田的必经之路。7月5日，德军南方集团军群以45个师和1个旅的兵力(另有匈牙利的3个旅和意大利的3个师陆续加入战斗)，在第4航空队支援下，从行进间突入苏联旧国界筑垒地域，揭开了为期2个半月的基辅战役的序幕。根据该集团军群总司令龙德施泰特元帅6月30日的第2号指令，其所属部队应乘苏军立足未稳，从行进间突破苏军从沃伦斯基新城至德涅斯特河一线的筑垒地域，继而将苏军西南方面军左翼围歼于文尼察周围。为此，该集团军群以第1装甲集群和第6集团军为主要突击集团，从斯卢奇河中游以西地区向日托米尔、别尔季切夫一线旧国界筑垒地域实施突破，尔后视苏军西南方面军是否撤过第聂伯河，第1装甲集群主力或继续东进，或挥师南下；第17集团军配属斯洛伐克派遣军，担任辅助突击，从兹布鲁奇河一线向普罗斯库罗夫、文尼察方向推进，以不间断的进攻箝制当面苏军的重兵集团；第11集团军配属罗马尼亚派遣军，担任侧后突击，从普鲁特河附近向东北方向莫吉廖夫—波多利斯基地域攻击前进，继而强渡德涅斯特河，前出文尼察地域，同第17集团军会合。
德军的当面之敌是苏西南方面军，由米·彼·基尔波诺斯上将统率，辖第5、第6、第26和第12集团军共44个师。
战役从1941年7月5日开始，至9月26日结束。根据双方的主要作战行动，此役分为旧国界筑垒地域之战(7月5～9日)、乌曼战役与基辅外围作战(7月9日～8月中旬)和基辅地域合围战(8月下旬～9月26日)3个阶段。
基辅战役异常激烈，从战役一开始，德军就利用优势兵力猛打猛冲，苏军虽居劣势，却异常勇猛，顽强阻击，最后德军南方集团军群根据希特勒的第35号指令，于9月12日以第1装甲集群主力和第17集团军一部在第4航空队支援下，从第聂伯河左岸克列缅丘格附近登陆场，经卢布内向西北方向推进，以便同第2装甲集群南下部队尽快会合。15日，南北对进的德军第1和第2装甲集群在洛赫维察地域会合，完成了对苏军西南方面军第21、第5、第37和第26集团军的合围。被分割成零星小股的苏军官兵继续英勇奋战。19日，苏军第37集团军奉命放弃基辅，德军第6集团军占领了乌克兰首都基辅。20日，苏军西南方面军司令米·彼·基尔波诺斯上将、军事委员会委员和参谋长等高级将领在突围中阵亡。26日，历时2个半月以上的基辅战役宣告结束。
基辅战役是1941年7～9月苏德战场的三大战役之一。苏军西南方面军及其友邻部队在正面300余公里、纵深约600公里的广大地区英勇奋战，以翼侧突击和正面防御相配合，迟滞德军进攻达2个半月之久，吸引德军中央集团军群南翼的突击力量南下，为苏军加强莫斯科方向的防御赢得了时间。但是，由于苏军兵力相对薄弱，缺少抗击德军装甲摩托化部队的经验与手段，采取消极守城的作战方针，最终遭到损兵失地的重大失利。德军在进攻初期兵力分散，未能将苏军重兵集团歼灭在第聂伯河以西，此后利用三面包围苏军西南方面军的有利态势，集中2个集团军群的内翼兵力协同作战，迅速围歼该方面军主力，减少了中央集团军群的南翼威胁，为南方集团军群夺取哈尔科夫与顿涅茨经济区，前出克里木和高加索创造了条件，但却因此失去了进攻莫斯科的有利时机。
斯摩棱斯克战役
1941年7月3日，比亚韦斯托克—明斯克战役尚未结束，德军中央集团军群(总司令为费·冯·博克元帅，辖60个师又1个旅)根据《“巴巴罗萨”作战预令》的既定方针，即以第4装甲集团军率先向斯摩棱斯克方向实施追击。至7月9日，比亚韦斯托克—明斯克战役结束，该集团军进至第聂伯河中游至西德维纳河一线，随后跟进的第2和第9集团军也以先头部队分别抵达别列津纳河与西德维纳河一线。德军企图一举歼灭避开比亚韦斯托克—明斯克合围的苏军西方面军余部，从行进间夺取斯摩棱斯克及其附近第聂伯河与西德维纳河之间通往莫斯科的大陆桥，为长驱直入莫斯科创造条件。
鉴于边境交战失利，苏军从6月底开始沿西德维纳河、第聂伯河中游部署战略第二梯队，以固守斯摩棱斯克地域，阻止德军突击首都莫斯科。苏军西方向总司令兼西方面军司令铁木辛哥将来自大本营预备队并编入西方面军的第22、第19、第20、第16和第21集团军，沿两河一线由北向南依次展开，而将边境交战中被德军击溃或削弱的西方面军所属第13、第4、第3和第10集团军的一些兵团调往后方休整补充。为加大这一方向的防御纵深，苏军在西方面军主要防御地区以东210～240公里处的涅利多沃、布良斯克一线展开第24和第28预备队集团军，并在西方面军侧后陆续组建后备方面军、中央方面军和预备队方面军。但在斯摩棱斯克战役开始前，从大后方调入西方面军的48个师中，只有37个师到达伊德里察至日洛宾以南地域一线并占领阵地，未及建立稳定的纵深防御。
1941年7月10日，德军中央集团军群所属第4装甲集团军在第2航空队支援下，强渡第聂伯河，发起斯摩棱斯克战役。此役历时约1个月，苏德双方在“这个曾经成为拿破仑军队通往莫斯科道路上的可怕障碍的俄罗斯古城”及其附近，正面500余公里，纵深200余公里的广阔地域内，进行了一系列激战和反复争夺。
在斯摩棱斯克战役中，德军利用苏军立足未稳，防御体系尚不完备，依靠强大的装甲兵力与密切的步、坦协同，连续实施深远的钳形突击、分割包围和各个击破，歼灭了苏军大量兵力，占领了斯摩棱斯克等战略要地，向第聂伯河以东推进200余公里，从而打开了通往莫斯科的门户，率先达到《“巴巴罗萨”作战预令》为其确定的第一阶段作战目标。与此同时，苏军不断投入新锐兵力，以顽强的防御和接连不断的反突击毙伤德军25万人，迟滞德军进攻达1月之久，为加强莫斯科的防御赢得了宝贵时间。在苏军有力打击下，德军的作战能力，特别是装甲军突击力明显下降，对其尔后作战造成严重影响。因而，希特勒在8月4日视察中央集团军群时承认，如果在发动侵苏战争前就知道苏军的坦克和飞机有那么多，他就很难定下侵苏决心。
斯摩棱斯克战役结束后，德军将进攻重点转向南北两翼，但在中部叶利尼亚等地仍有激战。为清除德军突向莫斯科的前进基地叶利尼亚突出部，苏军预备队方面军所属第24集团军及其加强兵力共10个师，8月30日向突出部的根部实施相向突击，尔后又击退德军多次反击。至9月4日，苏军予德军叶利尼亚集团以重大打击，并对其形成深远包围，迫使其开始退却。2天后，苏军收复该市，并向西追击。9月8日，苏军进至乌斯特罗姆河、斯特里亚纳河一线，胜利结束叶利尼亚战役。此外，苏军西方面军以4个集团军的兵力于9月1～9日在斯摩棱斯克附近再次转入进攻，但未奏效。尔后，苏军也在莫斯科方向转入防御。
列宁格勒会战
根据德国陆军总司令部1941年7月8日的指令，德军北方集团军群于7月9日突破拉脱维亚—俄罗斯边界的苏军防线后，占领了列宁格勒的西南门户普斯科夫，与位于拉多加湖西北的芬军主力遥相呼应，对苏联第二大城市列宁格勒及其附近地域形成南北夹击之势。