Ещё осенью 1939 Эстония, Латвия и Литва заключили с СССР договоры о взаимопомощи, в соответствии с которыми на территории этих стран были размещены советские военные базы. 17.06.1940 СССР предъявила прибалтийским государствам ультиматум, требуя отставки правительств, формирования вместо них народных правительств, роспуска парламентов, проведения внеочередных выборов и согласия на ввод дополнительного контингента советских войск. В сложившейся обстановке прибалтийские правительства были вынуждены принять эти требования.
После ввода на территорию Прибалтики дополнительных частей Красной Армии, в середине июля 1940 в Эстонии, Латвии и Литве, в условиях значительного советского военного присутствия, были проведены безальтернативные выборы в верховные органы власти. Коммунистически настроенные партии были единственными партиями, допущенными к выборам. 21.07.1940 вновь избранные парламенты, в составе которых оказалось просоветски настроенное большинство, провозгласили создание советских социалистических республик и направили Верховному Совету СССР прошения о вступлении в Советский Союз. 3 августа Литовская ССР, 5 августа — Латвийская ССР, а 6 августа — Эстонская ССР были приняты в состав СССР.
27.06.1940 правительство СССР направило румынскому правительству две ультимативные ноты, требуя возврата Бессарабии и передачи СССР Северной Буковины в качестве "возмещения ущерба, который был нанесен Советскому Союзу и населению Бессарабии 22-летним господством Румынии в Бессарабии". Румыния, не рассчитывая на поддержку со стороны других государств в случае войны с СССР, была вынуждена согласиться на удовлетворение этих требований. 28 июня Румыния вывела свои войска и администрацию из Бессарабии и Северной Буковины, после чего туда были введены советские войска. 2 августа на части территории Бессарабии и части территории бывшей Молдавской АССР была образована Молдавская ССР. Юг Бессарабии и Северная Буковина были включены в состав Украинской ССР.
В июне 1940 Гитлер приказал начать подготовку нападения на СССР, рассчитывая на стратегию молниеносной войны («блицкриг»). Этот план, получивший кодовое наименование "Операция Барбаросса", был утверждён 18.12.1940. Этим планом ставилась цель ликвидировать советское государство, завладеть его богатствами, физически истребить основную часть населения и «германизировать» территорию страны вплоть до Урала. С конца 1940 началась постепенная переброска немецких войск к границам СССР. При этом германское командование старалось создать впечатление, что это отвлекающий маневр и "главной задачей на летний период остаётся операция по вторжению на острова, а меры против Востока носят лишь оборонительный характер и их объём зависит только от русских угроз и военных приготовлений". Весной 1941 началась кампания по дезинформации против советской разведки, получавшей многочисленные противоречивые сообщения о сроках нападения (15 апреля, конец апреля, 15 мая, 20 мая, конец мая, первые числа июня и др.). Поскольку эти сообщения из раза в раз не подтверждались, докладам разведки придавалось всё меньше веры.
10 июня главнокомандующий Сухопутных войск Германии генерал-фельдмаршал Вальтер фон Браухич издал приказ о сроке начала войны против СССР — 22 июня. К этому времени у границ СССР было сосредоточено и развёрнуто 3 группы армий (в первом стратегическом эшелоне 157 дивизий, из них 17 танковых и 13 моторизованных, и 18 бригад, включая войска союзников). Поддержку с воздуха осуществляли 3 воздушных флота.
Советское правительство понимало неизбежность войны с Германией, но всеми способами старалось оттянуть сроки начала войны. 13 июня в западные округа советским командованием были отправлены директивы о начале выдвижения частей первого и второго эшелонов к границе, в ночное время и под видом учений. В ночь с 13 на 14 июня на западных территориях СССР началась операция по выселению "социально-чуждого элемента" в глубь страны. Всего было депортировано около 100 тыс. человек.
14 июня было опубликовано сообщение ТАСС, что для войны с Германией нет никаких оснований и что слухи о том, что СССР готовится к войне с Германией, являются лживыми и провокационными. Одновременно с сообщением ТАСС начинается массовая скрытая переброска советских войск из т.н. второго стратегического эшелона к западным границам СССР. 18 июня был издан приказ о приведении в оперативную готовность № 1 некоторых частей западных округов. 21 июня, после поступления нескольких сведений о завтрашнем нападении, в 23:30 в войска была направлена Директива № 1, содержавшая вероятную дату нападения Германии и приказы "быть в боеготовности" и вместе с тем "не поддаваться ни на какие провокационные действия". Эта расплывчатая формулировка привела к тому, что части первого эшелона не были вовремя приведены в боевую готовность, а в результате повреждения линий связи диверсионными группами противника штабы большей частью потеряли управление войсками.
Ранним воскресным утром 22.06.1941, Германия при поддержке своих союзников — Италии, Венгрии, Румынии, Финляндии и Словакии — внезапно и без предупреждения напала на СССР. Немецкие войска нанесли мощный удар по всей западной советской границе тремя группами армий: "Север", "Центр" и "Юг". В первый же день была уничтожена или захвачена значительная часть советских боеприпасов, горючего и военной техники; на аэродромах было уничтожено около 1200 самолётов.
Утром 22 июня советские самолёты бомбардировали финские линкоры на ВМБ Соттунга и укрепления острова Альшер в архипелаге перед городом Турку, а также транспортные суда в порту Корпо. Одновременно начали действовать батареи советской артиллерии с мыса Ханко. 23-25 июня советские фронты пытались нанести контрудары, однако потерпели неудачу.
25 июня советские самолёты бомбили финские аэродромы. 26 июня Финляндия объявила войну СССР. Финские войска перешли в контрнаступление и вскоре возвратили себе Карельский перешеек, не переходя старую историческую российско-финскую границу. 29 июня германо-финские войска предприняли наступление в Заполярье, но продвижение вглубь советской территории было остановлено.
К концу первой декады июля немецкие войска захватили Латвию, Литву, Белоруссию, значительную часть Украины, Молдавии и Эстонии. Основные силы советского Западного фронта были разгромлены в Белостокско-Минском сражении. Командующий фронтом генерал армии Д.Г.Павлов решением военного трибунала был приговорён к высшей мере наказания и расстрелян. Советский Северо-Западный фронт потерпел поражение в приграничном сражении и был отброшен. Командующий фронтом Ф.И.Кузнецов за неумелое управление войсками 6 июля отстранен от занимаемой должности. Принявший командование Северо-Западным фронтом П.П.Собенников 14-18 июля предпринял контрудар под Сольцами и под Старой Руссой, который привёл к приостановке немецкого наступления на Ленинград. Тем не менее Ставка Верховного Главнокомандования осталась недовольна его действиями, и 23.08.1941 он был снят с должности командующего фронтом.
На Украине советский Юго-Западный фронт (генерал-полковник М.П.Кирпонос) также потерпел поражение и был отброшен от границы, но контрудар советских мехкорпусов не позволил немецким войскам совершить глубокий прорыв и захватить Киев.
В новом наступлении на центральном участке советско-германского фронта, предпринятом 10 июля, группа армий "Центр" уже 16 июля захватила Смоленск и окружила основные силы воссозданного советского Западного фронта (генерал-лейтенант А.И.Ерёменко). 19 июля Гитлер, несмотря на возражения армейского командования, отдал приказ перенести направление главного удара с московского направления на южное (Киев, Донбасс) и северное (Ленинград). В соответствии с этим решением танковые группы, наступавшие на Москву, были выведены из состава группы "Центр" и направлены на юг (2-я танковая группа) и на север (3-я танковая группа). Наступление на Москву продолжали пехотные дивизии группы армий "Центр", однако сражение в районе Смоленска продолжалось, и 30 июля группа армий "Центр" получила приказ перейти к обороне.
8-9 августа группа армий "Север" возобновила наступление на Ленинград. Фронт советских войск был рассечён и войска были вынуждены отходить по расходящимся направлениям к Таллину и Ленинграду. Оборона Таллина сковала часть немецких сил, однако 28 августа советские войска были вынуждены начать эвакуацию. 8 сентября, с захватом Шлиссельбурга, немецкие войска взяли Ленинград в кольцо.
6 сентября Гитлер остановил наступление группы войск "Север" на Ленинград, и отдал приказ начать наступление на Москву. Отказавшись от штурма Ленинграда, группа армий "Север" 16 октября предприняла наступление на тихвинском направлении, намереваясь соединиться с финскими войсками восточнее Ленинграда. Однако контрудар советских войск под Тихвином освободил город и остановил противника.
На Украине в начале августа войска группы армий "Юг" отрезали от Днепра и окружили под Уманью две советские армии. Однако захватить Киев им не удалось. После поворота войск южного фланга группы армий "Центр" на юг положение советского Юго-Западного фронта резко ухудшилось. В результате сражения за Киев советский Юго-Западный фронт был полностью разгромлен. Командующий фронтом Кирпонос вместе со штабом были окружены и будучи раненым в рукопашной схватке застрелился. Катастрофа под Киевом открыла немцам путь на юг. 5 октября 1-я танковая группа вышла к Азовскому морю у Мелитополя, отрезав войска Южного фронта. В октябре 1941 немецкие войска захватили почти весь Крым, кроме Севастополя.
Поражение на юге открыло немцам дорогу на Донбасс и Ростов. 24 октября пал Харьков, к концу октября были заняты основные города Донбасса. 17 октября пал Таганрог, 21 ноября — Ростов-на-Дону. Однако 29 ноября советские войска выбили немцев из Ростова, и до лета 1942 года линия фронта на юге установилась на рубеже реки Миус.
30.09.1941 немецкие войска начали наступление на Москву. В результате глубоких прорывов немецких танковых соединений основные силы советских Западного, Резервного и Брянского фронтов оказались в окружении в районе Вязьмы и Брянска. 10 октября остатки Западного и Резервного фронтов были объединены в единый Западный фронт под командованием Жукова. 15-18 ноября немецкие войска с окончанием распутицы возобновили наступление на Москву, однако к декабрю были остановлены на всех направлениях.
5.12.1941 вновь образованный Калининский (генерал-полковник И.С.Конев), Западный и Юго-Западный (маршал С.К.Тимошенко) фронты перешли в контрнаступление и заставили противника перейти к обороне по всей линии фронта. В декабре в результате наступления войска Западного фронта освободили Яхрому, Клин, Волоколамск, Калугу; Калининский фронт освободил Калинин; Юго-Западный фронт — Ефремов и Елец. В итоге к началу 1942 немцы были отброшены на 100-250 км на запад. Поражение под Москвой стало первым крупным поражением вермахта в этой войне.
Успех советских войск под Москвой побудил советское командование перейти в широкомасштабное наступление. 8 январе 1942 силы Калининского, Западного и Северо-Западного фронта перешли в наступление против немецкой группы армий "Центр". Однако им не удалось выполнить поставленной задачи к середине апреля пришлось прекратить наступление, понеся большие потери. Немцы сохранили Ржевско-Вяземский плацдарм, представляющий опасность для Москвы. Попытки Волховского (генерал армии К.А.Мерецков) и Ленинградского (генерал-лейтенант М.М.Попов) фронтов деблокировать Ленинград также не увенчались успехом и привели к окружению в марте 1942 части сил Волховского фронта.
Сразу же после вторжения Германии в СССР, представители Великобритании и США заявили о своей поддержке Советскому Союзу и начали оказывать ему экономическую помощь. 1.01.1942 в Вашингтоне представители СССР, США, Великобритании и Китая подписали Декларацию Объединённых Наций, положив тем самым основы Антифашистской коалиции. Позднее к ней присоединилось ещё 22 страны.
Летом 1942 советское командование планировало осуществить наступление под Харьковом, в Крыму и прорвать блокаду Ленинграда. Однако предпринятое советскими войсками в мае 1942 наступление под Харьковом закончилось провалом. Немецкие войска сами перешли в наступление. Сокрушительное поражение потерпели советские войска также в Крыму. 9 месяцев советские моряки удерживали Севастополь, но к 4.07.1942 остатки советских войск эвакуировались в Новороссийск. В итоге оборона советских войск на южном участке оказалась ослабленной и немецкое командование предприняло стратегическое наступление на Сталинград и на Кавказ.
После ожесточённых боев под Воронежем и в Донбассе немецким войскам группы армий "Б" удалось прорваться в большую излучину Дона. В середине июля началась Сталинградская битва, в которой советским войскам ценой больших потерь удалось сковать ударную группировку противника.
Наступавшая на Кавказ группа армий "А" 23 июля взяла Ростов-на-Дону и продолжила наступление на Кубань. 12 августа был взят Краснодар. Однако в боях в предгорьях Кавказа и под Новороссийском советским войскам удалось остановить противника.
На центральном участке советское командование предприняло крупную наступательную операцию по разгрому ржевско-сычёвской группировки противника, которая не увенчалась успехом. Не удалось также прорвать блокаду Ленинграда, хотя советское наступление заставило немецкое командование отказаться от штурма города.
19.11.1942 Красная Армия перешла в контрнаступление под Сталинградом, в результате которого войскам Юго-западного фронта (генерал-лейтенант Н.Ф.Ватутин), Сталинградского (Генерал-полковник А.И.Ерёменко) и Донского (генерал-лейтенант К.К.Рокосовский) фронтов удалось окружить и разгромить две немецкие, две румынские и одну итальянскую армии; в общей сложности 330 тыс. солдат было уничтожено, около 92 тыс. вместе с фельдмаршалом Фридрихом Паулюсом было взято в плен. Однако советское наступление на центральном участке советско-германского фронта (операция "Марс") закончилось неудачно.
В начале 1943 советские войска перешли в контрнаступление по всему фронту. Был освобождён Курск и множество других городов. В феврале-марте фельдмаршал Эрих фон Манштейн ещё раз перехватил инициативу у советских войск и отбросил их на некоторых участках южного направления, однако развить успех ему не удалось.
В июле 1943 немецкое командование пыталось вернуть себе стратегическую инициативу в битве под Курском, однако она закончилась серьёзным поражением немецких войск. Началось отступление немецких войск по всей линии фронта — они оставили Орёл, Белгород, Новороссийск. Начались бои за Белоруссию и Украину. В битве за Днепр Красная Армия нанесла немцам очередное поражение, освободив Левобережную Украину и Крым.
В конце 1943 — первой половине 1944 основные боевые действия проходили на южном участке фронта. Освободив территорию Украины Красная Армия вступила на территорию Румынии.
Летом 1944 началось наступление Красной Армии в восточной Белоруссии (Операция "Багратион"). К осени от немецких войск была очищена почти вся ранее оккупированная ими территория СССР: Белоруссия, Украина, Прибалтика. Лишь на западе Латвии окружённая группировка немецких войск смогла продержаться до окончания войны.
В результате наступления советских войск на севере Финляндия объявила о своём выходе из войны. Однако немецкие войска отказались покинуть территорию Финляндии. В результате бывшие "братья по оружию" были вынуждены сражаться друг против друга. В августе в результате наступления Красной Армии из войны вышла Румыния, в сентябре — Болгария. Немцы начали эвакуацию войск с территории Югославии и Греции, где власть в свои руки взяли народно-освободительные движения.
В феврале 1945 советскими войсками была проведена Будапештская операция, после которой последний европейский союзник Германии — Венгрия была вынуждена капитулировать. Началось наступление в Польше, Красная Армия заняла Восточную Пруссию.
В конце апреля 1945 Красная армия начала наступление на Берлин. Осознавая своё полное поражение, Гитлер и Геббельс покончили с собой. 2 мая после 2-недельных боёв был взят Берлин. В ночь с 8 на 9 мая фельдмаршал Кейтель подписало акт о безоговорочной капитуляции всей нацистской Германии. Германия была разделена на четыре оккупационные зоны: советскую, американскую, британскую и французскую.
Однако даже после безоговорочной капитуляции нацистской Германии, продолжалось сопротивление отдельных частей немецких войск. В ночь на 12 мая вблизи демаркационной линии около деревни Сливице в окрестностях города Пльзень были уничтожены остатки отступавших из Праги смешанных дивизий СС "Валленштайн" и "Дас Райх".
Великая Отечественная война закончилась полной военно-политической, экономической и идеологической победой Советского Союза, предопределив исход Второй мировой войны в целом. Основным положительным результатом войны стало освобождение оккупированных территорий и стран Европы от нацизма.
Во время Великой Отечественной войны потери СССР составили 26,6 млн человек, в т.ч. безвозвратные военные потери — около 12 млн человек. Германия потеряла около 7,2 млн человек, Венгрия, Италия, Румыния, Финляндия и Словакия — 4,7 млн человек, союзники по антигитлеровской коалиции — около 1,5 млн человек. Имущественные потери СССР составили около 30 % всего национального богатства страны.