德軍的作戰計畫希望利用蘇聯在前線與後方缺乏良好公路與鐵路的缺陷，在紅軍能向東撤退之前，迅速加以圍殲。然而，德軍情報高估了紅軍前沿部署的密度，更全然不知位於聶伯河（Dniepr / Dnieper）以東預備軍團的存在。作戰計畫要求3個集團軍沿著不同軸線前進：北方集團軍朝列寧格勒（Leningrad），中央集團軍朝莫斯科（Moscow），南方集團軍朝基輔（Kiev）。因此，從計畫制訂初期，德軍就採取了危險的兵力分散概念，企圖同時達成希特勒的所有政治目標。
德國裝甲兵力在過去兩年的戰事中，展現了優異的機動作戰能力。從極窄的正面穿透敵人的防線，迅速擴張戰果抵達後方，破壞敵軍的後勤補給與指管系統，並包圍大量的部隊。隨後跟上的步兵進行殲敵任務時，裝甲部隊則繼續推進，深入敵人內地。但在實戰中也暴露出步兵無法趕上來將包圍圈收緊的缺點，為數甚多的敵軍因此得以遁逃。這主要是因為德軍從未能生產足夠的車輛來運送步兵。整個二戰期間，德軍大部分由徒步的步兵單位組成，配備由馬匹拖曳的火砲；擔任箭頭的摩托化軍經常需要停下來等待步兵趕上。
由於裝甲部隊是執行德軍攻勢準則必要的工具，在發動巴巴羅沙作戰之前，希特勒採用減少戰車數量的方法來建立更多的裝甲師。1941年時，1個裝甲師由2至3個戰車營組成。每師的戰車編制數量為150至202輛，實際上平均可用的戰車為125輛。此外，每個裝甲師還包括5個摩托化步兵營，其中4個由卡車運輸，1個為摩托車營。這些步兵營很少配備裝甲運兵車，因而在戰鬥中蒙受重大傷亡。最後，還有裝甲偵察營與工兵營，3個砲兵營（由卡車拖曳），以及通訊、戰防（反坦克）、防空等支援單位。兵員總數約17,000人。摩托化步兵師編制較小，包含1個戰車營，7個摩托化步兵營，3至4個砲兵營。最早成立的4個武裝黨衛師（Waffen SS）編制與正規摩托化步兵師相同，之後逐漸轉變成實力強大的裝甲師。1941年的摩托化（或裝甲）軍，包含2個裝甲師與1個摩托化步兵師。2至3個摩托化軍組成1個裝甲兵團。在巴巴羅沙作戰後期，裝甲兵團增加了步兵軍而升級為裝甲軍團。
由於1939、1940年的戰役皆為攻勢作戰，德軍防禦準則大體上承襲1918年的經驗。步兵防禦依賴大縱深與協同良好的守備，並保留重要的預備兵力，經由彈性防禦與快速逆襲來挫敗敵人攻勢。這套準則有三個前提條件，但在東線戰場上都不存在：首先，擁有足夠的步兵來建立縱深防禦；其次，敵人主要以徒步的步兵為攻勢主力；最後，指揮官能自行決定防守的區域，並視戰場條件彈性地進行防禦。現役德國步兵師包含3個步兵團，每個團有3個步兵營；加上4個由馬匹拖曳的砲兵團，總兵力約15,000人。步兵單位配備的37 mm戰防砲已被證明無法對抗英、法的重型戰車，步兵師必須使用100 mm或105 mm中型火砲與88 mm防空火砲來對抗敵方戰車。
