战役结果
整场巴巴罗萨作战在11月开始的莫斯科战役中达到最高潮，尽管负责进攻莫斯科的中央集团军饱受秋季泥泞所造成的补给短缺之苦，仍被下令继续进攻;德军的进展在1941年12月初达到极限，前锋部队已经推进至莫斯科市郊，甚至见到了克里姆林宫的螺旋状尖塔。然而这时斯大林手上仍保有数十万从西伯利亚前来支援的部队，这些部队拥有良好的冬季装备和补给，还有大量可以武装成民兵的青年人，很快便将逼近莫斯科的德军全数击退，并在接下来的反击战推回了冬季前的战线。
反观这时的德军则严重缺乏石油、冬季装备、和食物，同时也没有躲避之处，只得在原地驻扎挨过严酷的冬季。德军最后得以挡下苏联的反击行动，但却遭受了非常沉重的损失。
同时，夺下莫斯科也是德国迈向胜利的关键之一。历史学家之间一直存在争论的问题是：如果当初巴巴罗萨作战真的夺下了苏联首都，是否会造成苏联的彻底垮台?
1941年12月美国也向轴心国宣战，在这短短6个月内德国的战略位置便彻底逆转了，因为德国的军事生产能力根本无法应付长期的战争。
巴巴罗萨作战的结果对苏联和德国都同样不利。虽然德国无法成功的拿下莫斯科，但他们在半年时间内便夺下了苏联西部的庞大领土，包括乌克兰、白俄罗斯、波罗的海国家、以及一大片莫斯科西部的土地在内。这相当于500,000平方英里的土地，以及7500万的人民，事实上德国在之后的1.2年内又继续夺取了250,000平方英哩的土地，一直要到斯大林格勒和库尔斯克等战役后才被击退。在这些占领区域里，反抗德国统治的游击队迅速增长，而德国也毫不留情的加以镇压。德国也继续坚守这些土地，在接下来的许多战役里双方又蒙受了更多的损失。
血腥的东线战役持续了整整4年，因为这场战争而死的人数可能永远无法准确计算。苏联军队的总阵亡人数大约为870万，而平民的死亡人数则依然存在争议，经常被举出的数字则高达2,000万人。德军的阵亡人数也很难准确计算，最高的数字(Rüdiger Overmans)为430万名德军和900,000名其他轴心国部队，这个数字包括了在作战中阵亡的人数以及遭苏联俘虏期间死去的人数在内。
直到1941年12月便有超过240万的红军人员被德军俘虏，德国对红军俘虏的处置使得到战争结束时总计数百万会死于寒冷、饥饿、疾病等等。斯大林则将德国战俘以及曾经被德国俘虏的苏联士兵都流放至劳动营。少数族群也都被流放至东部的集中营。例子包括了：1941年9月有439,000名居住于窝瓦河的德裔人民(以及300,000名来自其他各地区的德裔人民)被集体驱逐至哈萨克;在1944年5月，182，000名克里米亚鞑靼人被驱逐至乌兹别克斯坦;车臣人(393,000)和印古什人(91,000)也在1944年被彻底驱逐至哈萨克。
战役评价
概述
巴巴罗萨作战失败的主要原因是低估了苏联和红军的抵抗能力和意愿。同时德军的战争计划并不一致，计划的后勤准备也不完善。德军在1941年底发现自身面临的情况是：红军的力量逐渐增强、然而德军的战力却因为某些因素而逐渐减弱。这主要是因为部署区域的过度延伸、运输的困难影响了补给和调度、恶劣的气候、以及各部队经过半年征战后的磨损造成的。步兵部队的兵员短缺现象从1941年9月出现后便一直未获改善，反而随着时间越加恶化。气候的不适，食物的短缺，过长的战线注定着德军走向失败。一直到战争结束为止，德国陆军都处于步兵短缺和补给支援缺乏的窘境。
而1812年拿破仑征俄的失败也经常被用作比较的例子。
低估苏联的潜力
德国大为低估了苏联红军的动员潜力：红军的主要动员人数(已经受过训练、可以在短期内参战的单位)比德国所预估的高出了两倍。到了8月初时，大量原先被歼灭的单位已经被新服役的单位替代。正如德军总参谋长弗朗茨·哈尔德于1941年8月11日的一篇日记中写道：“我们最初计算敌人大约有200个师，但现在已经察明番号的就有360个师。”而到1941年底，苏联重建和扩张了等同825个师级单位的数量，而且这还没有到达苏联存在的一千万动员潜能。这个事实几乎就代表了巴巴罗萨作战的失败，德国必须暂缓作战行动一个月以等待新的补给，等他们再度展开攻势时，距离秋季泥泞期的开始只剩下6个星期了。在另一方面，红军也即时替补了之前的大量损失，当师级部队在战前征召的士兵阵亡后，新的士兵马上加以替补，战争中苏联每个月几乎都征召了超过50万人从军。苏联在短期间内动员大量部队(虽然都是一些训练不足且缺乏装备的部队)的潜力最终使苏联得以撑过关键的前半年，而德国对苏联潜力的低估则导致了巴巴罗萨作战计划的不切实际。
同时，苏联情报单位正确的分析出日本不会加入对苏的战争，这使得苏联能够将驻扎在远东的部队抽调回东欧战场支援。
即使德国真的达成了作战原先的目标推进至阿尔汉格尔斯克—伏尔加河战线，战争也不太可能就此结束。苏联在东部依然有着广大的领土，同时苏联也已经将战争工业迁移至乌拉尔山脉、中亚和西伯利亚了，因此战争可能还会持续一段时间。
后勤计划的缺陷
巴巴罗萨作战的目标从一开始便相当不切实际。战争开始于干燥的夏季，是最适宜德军行动的季节，德军在最初数周里突袭并歼灭了大量的苏联军队。但当理想的季节过去、严酷的秋季和冬季来临时，苏联军队已经恢复一定实力，而德军的攻势则开始遭受阻挠。德军在经历漫长的战斗后却无法取得足够的补给;石油的缺乏也注定了德军不可能达成预定中的目标。
这种困难甚至在战争之前便已经被德国的后勤单位所察觉，但他们提出的警告却被德军高层所忽略。整个德国的计划是根基于一个假设上：5周内红军便会彻底崩溃，到时德军将能取得完全的战略自由，只需替少数机动单位补给必要的石油便能占领整个国家，因此并不需要担忧5周后的补给问题。这一假设基本上是基于之前苏芬战争时苏联红军的表现做出的，然而以苏德战争的表现上来看这一假设是不切实际的。
德国的步兵和装甲部队在第一周里快速推进了300英里，但他们的补给线却很难跟上进攻的速度。由于铁路轨距的差异，俄国留下的铁路网也无法加以使用，除非等到相同轨距的火车生产出为止。铁路和公路上速度缓慢的运输载具也成为苏联游击队的理想攻击目标。补给的缺乏严重延缓了德军闪击战的进度。
德国在后勤上的计划也严重高估苏联铁路运输网的可用状况。在波兰的道路和铁路状况尚称良好，但深入苏联领土的部分则情报有限，地图上标示深刻的道路在实际上往往只是粗糙的尘土道路，或甚至根本没有铺设完成。
气候
在整场战争中，或许没有其他因素如同天气一般被后人如此误解其影响。气候是战争中的“中立”角色，对于气候准备最佳的一方将能获得最多优势，而忽略准备的一方则会尝到其后果。对于红军力量的低估使得德军面临气候不利的威胁。
一项由美国进行的军事研究指出：希特勒的计划在严酷的冬季气候来临前便已经失败;他对于快速胜利的可能性抱持太大的自信，乃至于他对战争会拖延至冬季根本没有心理准备。在入侵的前5个月里德军总共遭受734,000人死伤(约为总人数3,200,000的百分之23)，到了1941年11月27日，德国陆军的军需部门将军爱德华·瓦格纳宣称：“我们已经到达人力和物资资源的极限了。我们即将面临寒冬的危险威胁。”
但德军仍然没有准备应付严酷的气候和苏联运输网络的恶劣状况。在秋季，恶劣的路面状况延缓了德军的进展。苏联的地面在夏季时是松散的沙地、在秋季时是黏稠的泥泞地、到了冬季地面则会被大雪所覆盖。德军坦克的狭窄轮距使其在泥泞地行动时非常缺乏附着力和漂浮力。相较之下，新的苏联坦克如T-34和KV系列重坦克的设计都考量了这些问题。德军有600,000匹用于提供补给和运输火炮的西欧马，但体型庞大的马匹在这种气候下却很难发挥作用。而红军所使用的体型较小的矮种马则更适合当地的气候，
德军对于1941年秋季和冬季的严酷气候几乎毫无准备。德国已经拥有足够的冬季装备，但由于交通运输能力的限制，却没有办法将这些装备完全发放至前线。结果导致军队无法取得适当的冬季装束，有些士兵们还将报纸塞进夹克来保暖，而当时的气温却已经低达-30°C。为了运作暖炉和暖气，德军士兵不得不将已经非常缺乏的汽油用来当作燃料。而苏联士兵却配备了温暖而加衬的大衣、有衬底的军靴、以及覆盖毛皮的帽子。
一些德军武器配备在如此寒冷的气候下也无法正常运作。普通的润滑油在极低温下无法发挥效用，导致坦克和卡车引擎故障、机枪等自动射击武器无法正常开火。为了将炮弹装填进坦克的主炮里，坦克兵还必须先以小刀刮下黏附于炮管内结冻了的润滑油。苏联军队则较少受到这些问题所苦，因为他们早已经历当地的寒冬许多年了。德军必须将毛毯覆盖于飞机引擎上以免引擎结冻。而运作所有坦克和卡车所不可或缺的汽油也会因为寒冬而结冻。大多数苏联卡车和旧式坦克同样使用汽油，但新生产的坦克则已改使用不会结冻的柴油了。
对于俄国冬季作战的一个普遍错误认知是：所有军事行动都会因为泥泞、大雪而停止。但事实上军事行动只是被这些因素所缓慢，差别只在于德军遭受的缓慢程度较大、而准备充足的苏联红军遭受的影响较小罢了。苏联在1941年12月展开的反击，在某些地区将德军击退远达100英里，证明了只要准备充分，在冬季严寒下仍有可能进行机动性的作战。
当严酷的冬季开始后，希特勒担忧德军会重蹈拿破仑当年从莫斯科匆忙撤离的覆辙，于是下令德军部队必须死守他们的据点抵御苏联的反击。