El año 1941 transformó el conflicto europeo en una guerra verdaderamente mundial. En junio, Alemania lanzó la Operación Barbarroja contra la Unión Soviética, abriendo el frente más extenso y sangriento de la contienda y dando inicio al brutal asedio de Leningrado. El 7 de diciembre, el ataque japonés a Pearl Harbor provocó la entrada de Estados Unidos en la guerra, alterando de forma decisiva el equilibrio de fuerzas.
Antes de la invasión de la URSS, Alemania se vio obligada a intervenir en los Balcanes para asegurar su flanco sur. La guerra en los Balcanes, desencadenada por el fracaso de la ofensiva italiana contra Grecia, retrasó varias semanas el inicio de la Operación Barbarroja, un retraso que algunos historiadores consideran decisivo para el resultado de la campaña.
La Operación Barbarroja, lanzada el 22 de junio con más de tres millones de soldados, fue la mayor invasión terrestre de la historia. Los primeros meses fueron catastróficos para el Ejército Rojo: millones de soldados soviéticos cayeron prisioneros en gigantescas bolsas de cerco, y las fuerzas alemanas avanzaron cientos de kilómetros. Sin embargo, a medida que se alargaban las líneas de suministro y se acercaba el invierno, el avance se frenó. El asedio de Leningrado, iniciado en septiembre, se prolongaría casi novecientos días y se cobraría más de un millón de vidas civiles.
En el Atlántico, el hundimiento del acorazado Bismarck en mayo demostró que la Royal Navy mantenía el control de las rutas marítimas, aunque la amenaza de los U-Boot seguía siendo grave. La Carta del Atlántico, firmada por Roosevelt y Churchill en agosto, estableció los principios de la futura alianza y del orden de posguerra, a pesar de que Estados Unidos aún no había entrado formalmente en la guerra.
El ataque japonés a Pearl Harbor el 7 de diciembre de 1941 cambió todo. La destrucción de gran parte de la flota del Pacífico provocó la entrada inmediata de Estados Unidos en la guerra, convirtiendo el conflicto en una contienda verdaderamente global. Hitler, en una decisión que muchos historiadores consideran su mayor error estratégico, declaró la guerra a Estados Unidos pocos días después. Al terminar 1941, la contraofensiva soviética ante Moscú detenía el avance alemán, demostrando que la Blitzkrieg tenía límites. La guerra sería larga.