В то время большинство немецких танковых дивизий было укомплектовано легкими танками Pz I и Pz II, средними танками Pz III (вес 20 т, позже 23 т) и Pz IV (вес 21,5, позже 24,6 т), командирскими танками Pz. Befehl, а также легкими танками Pz 38t (вес 9,4 т) чешского производства (лоб. броня до 25–30 мм и до 50 мм (последние серии), оснащенными 37-мм пушками. Однако легкие и командирские танки, составляющие до одной трети боевой мощи дивизий, имели слабое вооружение (они были оснащены пулеметами и 20-мм пушками) и потому не могли конкурировать с новыми танками Красной армии, такими как T-34 и КВ. С другой стороны, хотя вполне надежное второе поколение танков Pz III и Pz IV было более чем достойными соперниками старых советских танков, таких как легкий T-26, средний T-28 и тяжелый T-35, они испытывали значительные трудности в боях с T-34, КВ-1 и КВ-2. В 1941 г. Германия проводила перевооружение всего парка Pz III на 50-мм пушку с длиной ствола 42 калибра (в 1942 г. она достигнет 60 калибров), в то время как на Pz IV сохранили короткую (24 калибра) 75-мм пушку. Скорость снаряда этих орудий была, по крайней мере, столь же важна, как и калибр, поскольку высокая скорость (увеличивающаяся с длиной ствола) была необходима для создания эффективной пробивной способности. Ни одна немецкая танковая пушка не могла пробить достаточно толстую лобовую броню русских средних танков T-34 (45 мм плюс угол наклона) и тяжелых КВ-1 (75 мм), которые только-только начали сходить с заводских конвейеров.
Кроме того, танковая дивизия включала в себя пять пехотных батальонов, из них четыре – моторизованных и один – мотоциклетный. Лишь немногие из моторизованных подразделений были оснащены бронетранспортерами, поэтому они неизбежно несли высокие потери. Танковая дивизия, которая также включала подразделения разведки и саперные батальоны, а также три артиллерийских дивизиона, укомплектованные орудиями, буксируемыми грузовыми автомобилями или тягачами, подразделения связи, противотанковые и зенитные части и насчитывала примерно 17 тысяч человек. Моторизованные дивизии состояли из одного танкового батальона, насчитывающего примерно 30 танков или штурмовых орудий, семи моторизованных батальонов и трех-четырех артиллерийских дивизионов. Организация первых четырех дивизий ваффен SS была идентичной моторизованным дивизиям регулярной армии, хотя позднее они были преобразованы в щедро укомплектованные танковые дивизии. Немецкий моторизованный (танковый) корпус 1941 г. состоял из двух танковых дивизий и одной моторизованной дивизии, а от двух до четырех таких моторизованных корпусов формировали танковую группу. Во время Смоленского сражения и позже танковые группы были расширены добавлением в их состав армейских (пехотных) корпусов и вскоре переименованы в танковые армии (1-я и 2-я танковые группы стали танковыми армиями в начале октября 1941, 3-я и 4-я – с 1 января 1942 г.).
Поскольку операции германских войск в 1939–1940 гг. носили по большей части наступательный характер, свою оборонительную тактику немецкая армия базировала в значительной степени на военной практике 1918 г. Оборона пехоты основывалась на глубоких и тщательно подготовленных позициях, при этом значительная часть сил держалась в резерве и была готова к проведению стремительных контратак, чтобы разгромить нападавшего противника. Оборонительная тактика опиралась на три предположения, ни одно из которых в России не оправдалось. Эти предположения заключались в том, что для создания эшелонированной обороны необходимо держать достаточное количество пехоты; что противник нанесет главный удар своими пехотными частями, а немецким командирам будет разрешено выбирать, где именно и как обороняться, то есть проявлять гибкость в зависимости от боевой ситуации. Типичная немецкая пехотная дивизия состояла из трех полков по три пехотных батальона каждый плюс четыре артиллерийских полка на конной тяге и в полностью укомплектованном составе насчитывала 15 тысяч человек. Так как основное противотанковое оружие пехотной дивизии, 37-мм противотанковая пушка, уже оказалась недостаточно эффективной против французской и британской средней и тяжелой бронетехники, пехотные дивизии вынуждены были использовать против танков противника свои артиллерийские дивизионы 105-мм орудий и знаменитые 88-мм зенитные орудия.
Немецкие люфтваффе (военно-воздушные силы) разделяли высокую репутацию немецкой армии. 2770 самолетов люфтваффе, выделенных для воздушной поддержки плана "Барбаросса", представляли 65 % оперативных сил Германии. Хотя истребитель "Мессершмитт" Ме-109 (Bf-109f) был превосходным самолетом, прочие модели быстро устаревали. Так, знаменитый пикировщик Ю-87 "Штука" мог выжить только в условиях прикрытия от истребителей противника, а бомбардировщики "Дорнье" Дo-17, "Юнкерс" Ю-88 и универсальный транспортный "Юнкерс" Ю-52 были совершенно несостоятельными как по дальности действия, так и по бомбовой нагрузке. Поскольку немецкая промышленность так и не восполнила потери, понесенные во время битвы за Англию, Германия фактически имела в 1941 г. на 200 бомбардировщиков меньше, чем весной предыдущего года. С учетом этого дефицита и необходимостью действовать с импровизированных прифронтовых аэродромов немецким летчикам было чрезвычайно трудно обеспечить эффективное превосходство в воздухе и поддержать наступательные удары авиации на обширном пространстве европейской части России. Короче говоря, люфтваффе являлись прежде всего тактической авиацией, способной к поддержке краткосрочных наступательных наземных операций, но отнюдь не глубокой и эффективной авиационной кампании.
Наибольшие слабости Германии заключались в ее тыловом обеспечении. В СССР на всем его огромном пространстве в то время было всего 40 тысяч миль автогужевых дорог с твердым покрытием и 51 тысяча миль железных дорог, причем последние имели более широкую колею, чем железные дороги в Германии. Даже при том, что по мере наступления немцы отчаянно переделывали захваченные железнодорожные пути по западному стандарту, немецкие тыловые службы вынуждены были направлять большинство своих поставок, используя захваченный у русских вагонный и локомотивный парк. То же самое относилось к важнейшим железнодорожным мостам, которые часто требовали длительного восстановления и ремонт которых в значительной мере препятствовал эффективной дозаправке танковых частей и снабжению пехотных соединений.
Кроме того, немецкие танковые и моторизованные дивизии не обладали достаточными возможностями технического обслуживания в длительной военной кампании. Механическая сложность танков и бронетранспортеров, а также наличие многочисленных моделей с взаимно несовместимыми запчастями вносили сумятицу в немецкую систему поставок и материально-технического обслуживания. Усугубляло положение и то, что более ранние военные кампании в значительной мере исчерпали запасы запчастей, обученного технического персонала также не хватало. Поэтому вкупе с более серьезным, вопреки ожиданиям, сопротивлением Красной армии неудивительно, что немецкая "молниеносная" война к концу 1941 г. лишилась значительной части своего бронетанкового потенциала.
Возможно, самая главная тыловая уязвимость Германии заключалась в том, что она не мобилизовала для войны всю свою экономику. Серьезные нехватки нефти и другого сырья ограничивали немецкое производство и транспортные поставки на всем протяжении войны. Эта проблема усугублялась слабой системой коммуникаций на территории Советского Союза, что зачастую препятствовало своевременному обеспечению немецких танковых и моторизованных соединений топливом и боеприпасами. Трудовые ресурсы для немецкой индустрии также представляли огромную проблему. Из-за мобилизационных потребностей вермахта в немецкой промышленности к июню 1941 г. уже было задействовано 3 миллиона иностранных рабочих, и этот дефицит трудовых ресурсов все более обострялся с каждым новым призывом в армию.
Как и в предыдущих кампаниях, по тем или иным причинам Гитлер полагался все-таки на быструю победу, вместо того чтобы подготовиться к длительной борьбе. Считая кампанию 1941 г. выигранной, он заглядывал в будущее, планируя создать новые механизированные и воздушные соединения для последующих операций в Северной Африке и Малой Азии. Фактически все производство новых вооружений Гитлер направил в это время на реализацию этих будущих планов, из-за чего войска, задействованные на Востоке, начали испытывать хроническую нехватку новой техники, топлива и боеприпасов. Поэтому вермахт должен был одержать здесь быструю победу. Иного пути попросту не было.