Советское командование уже на второй день войны приняло решение о контрударе силами механизированных корпусов. Однако предназначенные для этого силы либо уже оказались втянуты в оборонительные бои, либо находились в 200400 км от рубежей развертывания. Механизированные корпуса вступали в бой по частям (по мере подхода к фронту), без авиационного прикрытия и должного взаимодействия с пехотой, а также при нарушенной системе снабжения горючим и боеприпасами.
Проведенные в июне контрудары на разных участках фронта (под Гродно, Шауляем, Луцком и др.) привели к серьезным потерям у атакующих (значительное число танков было брошено своими экипажами из-за отсутствия топлива и боеприпасов).
Тем не менее эти контрудары создали для немцев напряженную ситуацию. Наиболее сильное сопротивление немецкие войска встретили на Украине. Здесь находилась самая боеспособная советская группировка, поскольку именно на данном направлении руководство СССР ожидало нанесение главного удара. Подобные расчеты строились на опыте Первой мировой войны, когда немцы в 1918 году бросили
главные силы на Украину для эксплуатации ее продовольственных и сырьевых ресурсов. С другой стороны, войска Юго-Западного фронта, которые планировалось использовать для наступательных действий (прежде всего против нефтяных районов Румынии), в наибольшей степени были оснащены моторизованными соединениями. Однако этим соединениям пришлось сыграть в начале войны совсем иную роль.
Уже 23 июня 1941 года в районе Луцка Дубно Ровно произошло крупнейшее на тот момент шестидневное танковое сражение. С обеих сторон в нем участвовало свыше 1,5 тыс. танков. Советское командование пыталось фланговыми ударами (с севера и юга) четырех механизированных корпусов (генералы И. И. Карпезо, К. К. Рокоссовский, Д. И. Рябышев, А. В. Фекленко) отрезать и разгромить вырвавшиеся вперед подразделения 1-й танковой группы генерала Э. Клейста (два моторизированных и два армейских корпуса).
В боях, которые происходили по фронту до 200 км и в глубину 150 км, участвовало с обеих сторон до 2,5 тыс. танков. Это было крупнейшее танковое сражение Второй мировой войны. На 22 июня 1941 года в пяти советских мехкорпусах насчитывалось около 3 тыс. танков (среди них имелись новые танки Т-34 и КВ). Однако непосредственно в боевых действиях участвовало немногим более половины машин (из-за поломок по дороге во время маршей, нехватки горючего, запчастей и т. д.). С немецкой стороны в сражении участвовало около 700 танков.
2324 июня части 15-го и 22-го мехкорпусов контратаковали из районов Брод и Луцка вторгшиеся на территорию СССР немецкие войска. Эти атаки не имели успеха. Советские мехкорпуса понесли большие потери не только от противотанковой обороны и авиации немцев, но и собственных просчетов. Например, 41-я танковая дивизия (полковник П. П. Павлов), выдвигаясь к северо-западу от Луцка, угодила из-за отсутствия подробных карт в болото, где застряла значительная часть танков.
25 июня части 1-й танковой группы с помощью флангового маневра заняли Луцк. В это время в район битвы выдвигались 9-й, 19-й и 8-й мехкорпуса, которые 26 июня нанесли фланговые контрудары по прорвавшимся на восток частям 1-й танковой группы. Ударами с севера из района Луцка (9-й и 19-й) и юга из района Брод (8-й и 15-й) советское командование пыталось отрезать и разгромить вырвавшиеся вперед немецкие соединения. В этом крупнейшем танковом сражении советским войскам удалось перерезать дорогу Луцк Ровно, а также занять Дубно (к юго-востоку от Луцка).
Тем не менее Красная Армия, имевшая значительное танковое превосходство, не смогла нанести поражение группе Клейста. Мощного и одновременного удара не получилось. Войска вводились в бой разрозненно, без единого командования, после длительных 200400-километровых маршей (одни части заканчивали атаку, другие начинали, третьи лишь подходили к месту боя). Рекорд побил 8-й мехкорпус, который из-за противоречивых приказов вышестоящих инстанций неоднократно менял места дислокации и вышел в район сражения, пройдя путь в 500 км (после такой интенсивной эксплуатации свыше 50 % машин вышли из строя по дороге, а оставшиеся испытывали нехватку в горючем). Недостаточное обеспечение радиосвязью препятствовало взаимодействию войск даже на уровне соседних частей. Почти не велась разведка. Танки не имели своевременной поддержки пехоты и тыловых служб обеспечения.
В результате беспорядочных передвижений и атак многие машины получили серьезные поломки, лишились боезапаса и горючего (для новых образцов Т-34 дизельное топливо часто вообще отсутствовало). Большую роль в срыве контрнаступления сыграло господство в воздухе немецкой авиации, уничтожавшей бомбовыми ударами идущие на прорыв танки.
2729 июня немцы, имевшие в целом превосходство в уровне боевой подготовки и управления войсками, с помощью умелого маневра в сочетании с противотанковой обороной отбили разрозненные контрудары. Введя в бой дополнительные силы (9-я танковая дивизия), они нанесли советским войскам тяжелое поражение. 28 июня немецкие танки ворвались в Ровно, грозя охватом с севера сражавшимся на Западной Украине войскам Юго-Западного фронта (генерал М. П. Кирпонос). Спустя 2 дня они были вынуждены начать отход.