巴巴羅薩計劃失敗的原因：過於低估蘇聯戰爭潛力
巴巴羅薩作戰失敗的主要原因是低估了蘇聯和紅軍的抵抗能力和意願。同時德軍的戰爭計劃並不一致，計劃的後勤準備也不完善。德軍在1941年底發現自身面臨的情況是：紅軍的力量逐漸增強、然而德軍的戰力卻因為某些因素而逐漸減弱。這主要是因為部署區域的過度延伸、運輸的困難影響了補給和調度、惡劣的氣候、以及各部隊經過半年征戰後的磨損造成的。步兵部隊的兵員短缺現象從1941年9月出現後便一直未獲改善，反而隨著時間越加惡化。氣候的不適，食物的短缺，過長的戰線注定著德軍走向失敗。一直到戰爭結束為止，德國陸軍都處於步兵短缺和補給支援缺乏的窘境。
而1812年拿破侖征俄的失敗也經常被用作比較的例子。
低估蘇聯的潛力
德國大為低估了蘇聯紅軍的動員潛力：紅軍的主要動員人數(已經受過訓練、可以在短期內參戰的單位)比德國所預估的高出了兩倍。到了8月初時，大量原先被殲滅的單位已經被新服役的單位替代。正如德軍總參謀長弗朗茨·哈爾德於1941年8月11日的一篇日記中寫道：「我們最初計算敵人大約有200個師，但現在已經察明番號的就有360個師。」而到1941年底，蘇聯重建和擴張了等同825個師級單位的數量，而且這還沒有到達蘇聯存在的一千萬動員潛能。這個事實幾乎就代表了巴巴羅薩作戰的失敗，德國必須暫緩作戰行動一個月以等待新的補給，等他們再度展開攻勢時，距離秋季泥濘期的開始只剩下6個星期了。在另一方面，紅軍也即時替補了之前的大量損失，當師級部隊在戰前徵召的士兵陣亡後，新的士兵馬上加以替補，戰爭中蘇聯每個月幾乎都徵召了超過50萬人從軍。蘇聯在短期間內動員大量部隊(雖然都是一些訓練不足且缺乏裝備的部隊)的潛力最終使蘇聯得以撐過關鍵的前半年，而德國對蘇聯潛力的低估則導致了巴巴羅薩作戰計劃的不切實際。
同時，蘇聯情報單位正確的分析出日本不會加入對蘇的戰爭，這使得蘇聯能夠將駐紮在遠東的部隊抽調回東歐戰場支援。
即使德國真的達成了作戰原先的目標推進至阿爾漢格爾斯克—伏爾加河戰線，戰爭也不太可能就此結束。蘇聯在東部依然有著廣大的領土，同時蘇聯也已經將戰爭工業遷移至烏拉爾山脈、中亞和西伯利亞了，因此戰爭可能還會持續一段時間。
後勤計劃的缺陷
巴巴羅薩作戰的目標從一開始便相當不切實際。戰爭開始於乾燥的夏季，是最適宜德軍行動的季節，德軍在最初數周裡突襲並殲滅了大量的蘇聯軍隊。但當理想的季節過去、嚴酷的秋季和冬季來臨時，蘇聯軍隊已經恢復一定實力，而德軍的攻勢則開始遭受阻撓。德軍在經歷漫長的戰鬥後卻無法取得足夠的補給;石油的缺乏也注定了德軍不可能達成預定中的目標。
這種困難甚至在戰爭之前便已經被德國的後勤單位所察覺，但他們提出的警告卻被德軍高層所忽略。整個德國的計劃是根基於一個假設上：5周內紅軍便會徹底崩潰，到時德軍將能取得完全的戰略自由，只需替少數機動單位補給必要的石油便能佔領整個國家，因此並不需要擔憂5周後的補給問題。這一假設基本上是基於之前蘇芬戰爭時蘇聯紅軍的表現做出的，然而以蘇德戰爭的表現上來看這一假設是不切實際的。
德國的步兵和裝甲部隊在第一周裡快速推進了300英里，但他們的補給線卻很難跟上進攻的速度。由於鐵路軌距的差異，俄國留下的鐵路網也無法加以使用，除非等到相同軌距的火車生產出為止。鐵路和公路上速度緩慢的運輸載具也成為蘇聯游擊隊的理想攻擊目標。補給的缺乏嚴重延緩了德軍閃擊戰的進度。
德國在後勤上的計劃也嚴重高估蘇聯鐵路運輸網的可用狀況。在波蘭的道路和鐵路狀況尚稱良好，但深入蘇聯領土的部分則情報有限，地圖上標示深刻的道路在實際上往往只是粗糙的塵土道路，或甚至根本沒有鋪設完成。
氣候
在整場戰爭中，或許沒有其他因素如同天氣一般被後人如此誤解其影響。氣候是戰爭中的「中立」角色，對於氣候準備最佳的一方將能獲得最多優勢，而忽略準備的一方則會嘗到其後果。對於紅軍力量的低估使得德軍面臨氣候不利的威脅。
一項由美國進行的軍事研究指出：希特勒的計劃在嚴酷的冬季氣候來臨前便已經失敗;他對於快速勝利的可能性抱持太大的自信，乃至於他對戰爭會拖延至冬季根本沒有心理準備。在入侵的前5個月裡德軍總共遭受734，000人死傷(約為總人數3，200，000的百分之23)，到了1941年11月27日，德國陸軍的軍需部門將軍愛德華·瓦格納宣稱：「我們已經到達人力和物資資源的極限了。我們即將面臨寒冬的危險威脅。」
但德軍仍然沒有準備應付嚴酷的氣候和蘇聯運輸網絡的惡劣狀況。在秋季，惡劣的路面狀況延緩了德軍的進展。蘇聯的地面在夏季時是鬆散的沙地、在秋季時是黏稠的泥濘地、到了冬季地面則會被大雪所覆蓋。德軍坦克的狹窄輪距使其在泥濘地行動時非常缺乏附著力和漂浮力。相較之下，新的蘇聯坦克如T-34和KV系列重坦克的設計都考量了這些問題。德軍有600，000匹用於提供補給和運輸火炮的西歐馬，但體型龐大的馬匹在這種氣候下卻很難發揮作用。而紅軍所使用的體型較小的矮種馬則更適合當地的氣候，
德軍對於1941年秋季和冬季的嚴酷氣候幾乎毫無準備。德國已經擁有足夠的冬季裝備，但由於交通運輸能力的限制，卻沒有辦法將這些裝備完全發放至前線。結果導致軍隊無法取得適當的冬季裝束，有些士兵們還將報紙塞進夾克來保暖，而當時的氣溫卻已經低達-30 °C。為了運作暖爐和暖氣，德軍士兵不得不將已經非常缺乏的汽油用來當作燃料。而蘇聯士兵卻配備了溫暖而加襯的大衣、有襯底的軍靴、以及覆蓋毛皮的帽子。
一些德軍武器配備在如此寒冷的氣候下也無法正常運作。普通的潤滑油在極低溫下無法發揮效用，導致坦克和卡車引擎故障、機槍等自動射擊武器無法正常開火。為了將炮彈裝填進坦克的主炮裡，坦克兵還必須先以小刀刮下黏附於炮管內結凍了的潤滑油。蘇聯軍隊則較少受到這些問題所苦，因為他們早已經歷當地的寒冬許多年了。德軍必須將毛毯覆蓋於飛機引擎上以免引擎結凍。而運作所有坦克和卡車所不可或缺的汽油也會因為寒冬而結凍。大多數蘇聯卡車和舊式坦克同樣使用汽油，但新生產的坦克則已改使用不會結凍的柴油了。
對於俄國冬季作戰的一個普遍錯誤認知是：所有軍事行動都會因為泥濘、大雪而停止。但事實上軍事行動只是被這些因素所緩慢，差別只在於德軍遭受的緩慢程度較大、而準備充足的蘇聯紅軍遭受的影響較小罷了。蘇聯在1941年12月展開的反擊，在某些地區將德軍擊退遠達100英里，證明了只要準備充分，在冬季嚴寒下仍有可能進行機動性的作戰。
當嚴酷的冬季開始後，希特勒擔憂德軍會重蹈拿破侖當年從莫斯科匆忙撤離的覆轍，於是下令德軍部隊必須死守他們的據點抵禦蘇聯的反擊。