19 вересня 1941 р. німці увійшли до Києва, а 20 вересня в районі урочища Шумейкове коло Лохвиці були оточені залишки 289-ї дивізії, з якими перебували штаб і військова рада Південно-Західного фронту, а також штаб 5-ї армії. Більшість оточених потрапили до полону або загинули. Серед загиблих були командувач фронту М. Кирпонос, член військової ради фронту М. Бурмистренко, начальник штабу фронту В. Тупиков. Таким чином, Червона армія втратила гігантське військове угруповання, 21 генерала, десятки тисяч кадрових офіцерів, багато військового майна. Вермахт захопив 3718 гармат і 884 танки (більше, ніж було гармат і танків в усій німецькій групі армій «Південь»!).
Німецькі війська без особливих проблем заволоділи Лівобережною та Слобідською Україною, створивши загрозу оточення для військ Південного фронту.
Наприкінці осені 1941 р. ставало дедалі зрозуміліше, що німецький план блискавичної війни пробуксовує, так само як зазнають невдачі намагання Червоної армії зупинити просування німців уперед. До грудня 1941 р. німці та їхні союзники розбили 300 дивізій Червоної армії, захопили в полон 3 900 000 червоноармійців, і понад 1 200 000 радянських вояків загинули (вермахт втратив 300 000 убитими). Незважаючи на зрив графіку виконання плану «Барбаросса», німецькі війська здобули колосальні перемоги, до листопада 1941 р. зайнявши стратегічно вигідні позиції неподалік від столиці СРСР і маючи перевагу в людях (у 1,3 разу), гарматах (у 1,9 разу) та літаках (у 2,1 разу). Однак, попри це, операція «Тайфун» (грудень 1941 р.), спрямована на захоплення вермахтом Москви, зазнала невдачі.
Протягом грудня 1941 — січня 1942 рр. німецькі війська були відкинуті на 100—200 кілометрів на захід від Москви. Значною мірою успіху радянських військ сприяли кліматичні умови й колосальні дисциплінарні заходи, запроваджені в Червоній армії. З кінця вересня 1941 р., відповідно до Наказу Ставки Верховного головнокомандування № 001919, у кожній дивізії були сформовані загороджувальні загони силою одного батальйону, які не давали червоноармійцям шансів на виживання за спроби відступу.
Червона армія розгромила 38 дивізій вермахту, однак не змогла докорінно змінити розвиток подій. У лютому 1942 р. німцям вдалося стабілізувати фронт. Відведення та перегрупування німецьких військ у Кремлі сприйняли як початок катастрофи німецької воєнної машини. Відповідно Й. Сталін разом зі своїм найближчим оточенням віддав наказ про підготовку амбітних наступальних операцій у травні 1942 р. Вважаючи, що основні сили німців згруповані на московському напрямку, розробили масштабні плани Керченської та Харківської наступальних операцій. Під час першої передбачали військами Керченського фронту (командувач — генерал Д. Козлов) прорвати німецьку оборону й деблокувати Севастополь із подальшим вигнанням німців із Криму. А в ході другої планували силами військ Південно-Західного (командувач — маршал С. Тимошенко) та Південного (командувач — генерал Р. Малиновський) фронтів завдати концентричного удару з району Ізюмсько-Барвінківського виступу (південніше від Харкова) у напрямку Дніпропетровська з метою оточення та розгрому німецької групи армій «Південь».
Бездарне керівництво Л. Мехліса наступом на Керченському півострові обернулося черговою катастрофою для Червоної армії. Уже до 15 травня 1942 р. німці здобули Керч і розгромили дві радянські армії (47-му й 51-шу), знищивши 400 літаків і 347 танків. Залишки військ Керченського фронту в паніці тікали на Таманський півострів. Завдяки перемозі на Керченському півострові вермахт дістав можливість перекинути всі з’єднання 11-ї армії (200 000 осіб) під Севастополь. 30 червня 1942 р. німці з півдня увірвалися в місто. Командування радянських військ поспішно евакуювалося морем, залишивши на певну загибель 100 000 захисників Севастополя. Останні бої на мисі Херсонес точилися до 4 липня 1942 р.
Несприятливо для Червоної армії розгорнулися також події під Харковом. 12 травня 1942 р. війська Південно-Західного й Південного фронтів розпочали наступ у напрямку Дніпропетровська, Полтави й Харкова. Але вже 17 травня 1942 р. армійська група генерала Е. Клейста (1-ша танкова й 17-та армії) несподівано завдала потужного удару з району Краматорська у фланг радянському угрупованню, яке наступало з півдня. Одночасно з півночі назустріч військам Е. Клейста почала наступ 6-та німецька армія генерала Ф. Паулюса. 23 травня 1942 р. з’єднання Паулюса й Клейста зустрілися в районі містечка Ізюм, завершивши оточення радянського угруповання. Харківська операція завершилася черговою катастрофою Червоної армії: 240 000 полонених і 170 000 убитих, втрачено 2026 гармат і 1249 танків. Лише 22 000 червоноармійців зуміли вирватися зі щільного оточення.
Харківський погром створював сприятливі умови для наступу військ вермахту в напрямку Волги й Кавказу. Упродовж червня-липня 1942 р. німецькі та союзні війська відтіснили Південно-Західний і Південний фронти на схід, окупувавши 22 липня 1942 р. усю територію України.
Поразки весни-літа 1942 р. стали можливими через переконаність радянського командування й особисто Й. Сталіна в переважанні сил Червоної армії. Ця самовпевненість призвела до низького рівня підготовки операцій, ейфорійних настроїв у військах. Результатом стали два великі «котли», які знову нагадали про трагічні дні літа й осені 1941 р. і деморалізували фронтове командування Червоної армії. 28 липня 1942 р. Й. Сталін підписав зловісний наказ № 227 «Ні кроку назад!», за яким усіх, хто відступав, оголошували зрадниками й мали віддавати під військовий трибунал. На фронті створювали штрафні батальйони, які формували із запідозрених у боягузтві та засуджених за різні злочини й кидали на найбільш небезпечні ділянки. Позаду фронтових частин збільшували кількість загороджувальних загонів (кожна рота в загороджувальному батальйоні мала складатися з 200 добре озброєних бійців), які діставали наказ «розстрілювати на місці панікерів та боягузів».
19 листопада 1942 р. розпочалася Сталінградська наступальна операція, яка завершилася 2 лютого 1943 р. розгромом півмільйонного угруповання ворожих військ. Під час цього наступу 18 грудня 1942 р. війська Південно-Західного фронту повернулися на територію України. 573-й полк 195-ї стрілецької дивізії 1-ї гвардійської армії зайняв перший населений пункт УРСР — село Півнівку Міловського району Ворошиловградської (зараз — Луганської) області. У боях за цей невеликий населений пункт загинуло 1066 червоноармійців. Загалом же за 1942 р. Червона армія зазнала найбільших у своїй історії втрат — 5 888 000 убитими.
Вигнання нацистів з України: наступальні операції Червоної армії протягом 1943—1944 рр.
Упродовж січня-лютого 1943 р. війська Південно-Західного фронту (командувач — генерал М. Ватутін) у жорстоких боях просунулися на 200—250 км на захід, вийшовши на лінію Красноград — Новомосковськ — Синельникове. Червона армія вела масштабний наступ на фронті завширшки 1600 км. У лютому 1943 р. вдалося вибити німців із Луганська.
Німецьке командування мало намір перехопити стратегічну ініціативу у війні на Сході. Для цього було вибрано район так званого Курського виступу, де німці планували ударами з півночі та півдня оточити й ліквідувати велике радянське угруповання. До Курська було стягнуто 50 дивізій, зокрема 16 танкових, 2700 танків, 10 000 гармат і мінометів, 2000 літаків, 900 000 солдатів.
Радянські війська сконцентрувалися на заздалегідь підготованих 8 лініях оборони, які мали загальну протяжність 9240 км і глибину 300 км. На Курському виступі було зосереджено війська Центрального й Воронезького фронтів загальною чисельністю 1 300 000 осіб, на озброєнні яких було 19 000 гармат і мінометів, 3400 танків, 2100 літаків.
5 липня 1943 р. німецькі танкові клини розпочали синхронний наступ із півночі та півдня назустріч один одному, однак «зав’язли» в глибоко ешелонованій обороні. Кульмінація битви відбулася 12 липня 1943 р., коли німці кинули в наступ усі танкові резерви, які так і не зуміли переламати хід битви в танковому бою біля с. Прохорівка. 313 липня 1943 р. у наступ перейшла Червона армія. На південь від Курська війська Воронезького та Степового фронтів 3 серпня 1943 р. розпочали Харківсько-Білгородську операцію, яка тривала двадцять днів і завершилася взяттям Харкова 23 серпня 1943 р.
Під час Курської битви обидві армії зазнали величезних втрат: вермахт недорахувався 500 000 солдатів і офіцерів, які загинули, втратив 1500 танків та 3700 літаків; Червона армія залишила на полі бою майже 900 000 осіб убитими, 6046 танків, 5244 гармати і 1626 літаків.
До кінця вересня 1943 р. Червона армія провела на території України Мелітопольську, Донбаську й Чернігово-Прип’ятську операції. Найбільш масштабною й кривавою з них була Донбаська операція, що тривала з 13 серпня до 22 вересня 1943 р. Операцію проводили силами Південно-Західного (командувач — генерал Р. Малиновський) і Південного (командувач — генерал Ф. Толбухін) фронтів. Вермахт (6-та армія генерала К. Голліта) створив добре укріплені рубежі на річці Міус, які були подолані лише завдяки колосальній перевазі в артилерії. 18 серпня 1943 р. німецьку оборону було прорвано. 8 вересня радянські війська вибили німців із міста Сталіно (нині — Донецьк), а 22 вересня 1943 р. вийшли на рубіж Дніпропетровськ — Мелітополь, досягнувши Дніпра. Втрати Червоної армії в цій операції становили 273 500 убитими й пораненими.
Німецькі війська були відведені за лінію Дніпра й зайняли вигідні оборонні рубежі. Червона армія вийшла до Дніпра на 750-кілометровому фронті.
Командування вермахту розробило план довготривалої оборони, відомий під назвою «Вотан». Він передбачав створення від Балтійського до Чорного моря добре укріпленого «Східного валу», який мав проходити по лінії Нарва — Псков — Гомель і далі по Дніпру. Цей рубіж, на думку німецького генералітету, мав зупинити просування Червоної армії на захід. А. Гітлер навіть оголосив «Східний вал» рубежем Рейху й заявляв, що Червона армія не подолає його.
Основні сили захисників дніпровської частини «Східного валу» на території України становили війська групи армій «Південь» (командувач — фельдмаршал Е. фон Манштейн). Проти них діяли війська Центрального (командувач — генерал X. Рокоссовський), Воронезького (командувач — генерал М. Ватутін), Степового (командувач — генерал І. Конєв), Південно-Західного (командувач — генерал Р. Малиновський) і Південного (командувач — генерал Ф. Толбухін) фронтів. Співвідношення сил було на користь Червоної армії, що наступала: у людях 3 000 000 проти 1 200 000 німців, в артилерії — 51 200 гармат проти 12 600, у танках — 3000 проти 2100, у літаках — 2800 проти 2000. Радянське військове керівництво вирішило провести наступ через широку річку без зупинки, «на плечах» ворога, що відступав. Битва за Дніпро складалася з двох стратегічних наступальних операцій — Нижньодніпровської та Київської. У розпал битви за Дніпро 16 жовтня Ставка Верховного головнокомандування ухвалила рішення про перейменування Воронезького фронту на 1-й Український, Степового фронту — на 2-й Український, Південно-Західного — на 3-й Український, а Південного — на 4-й Український.
