Mimo oporu Armii Czerwonej niemieckie jednostki pancerne już 8 września znalazły się pod Leningradem, 14 września korpusy 2. Grupy Pancernej i 1. Grupy Pancernej zamknęły w kotle 600 tys. żołnierzy sowieckich na wschód od Kijowa, 25 listopada po obejściu Tuły czołowe jednostki 2. Grupy Pancernej gen. Guderiana znalazły się na przedpolach Moskwy.
W odróżnieniu od przeciwnika Niemcy potrafili w pełni wykorzystać zalety broni pancernej. Korpusy pancerne, stosując zasadę koncentracji sił na wybranym kierunku, rozbijały bez większych trudności całe armie. Jednak fatalne rosyjskie drogi i wczesna, mroźna zima znacznie osłabiły możliwości bojowe czołgów Hitlera – stany dywizji pancernych spadły nawet o 50 procent. Na podstawie doświadczeń z pierwszej fazy kampanii niemieckie dowództwo stwierdziło, że nawet największy i najlepiej uzbrojony czołg PzKpfw IV nie mógł się przeciwstawić sowieckim T-34 i KW. Spowodowało to przyspieszenie prac nad nowymi typami czołgów.
Po pierwszych klęskach sowieckie naczelne dowództwo (tzw. Stawka) wyciągnęło wnioski, które umożliwiły przeprowadzenie zwycięskiej kontrofensywy pod Moskwą w grudniu 1941 roku. Wykorzystując doświadczenia niemieckie, dowództwo Frontu Zachodniego zorganizowało grupy szybkie, których zadaniem było zajęcie ważnych punktów na tyłach nieprzyjaciela. Składały się one przeważnie z dwóch batalionów czołgów, ale była również grupa, która składała się z dywizji pancernej, samodzielnej brygady pancernej, dywizji kawalerii, dwóch pułków piechoty oraz silnej artylerii. Grupa ta przeprowadziła głęboki rajd na Kaługę, który zmusił Niemców do odwrotu.
Bitwa pod Moskwą otworzyła nowy okres w organizacji sowieckich jednostek pancernych. Od tego momentu postanowiono, że wszystkie jednostki zostaną przezbrojone w czołgi T-34 i KW. W drugiej połowie 1942 roku powrócono do tworzenia samodzielnych korpusów pancernych i zmechanizowanych. Wkrótce z połączenia kilku korpusów powstały armie pancerne.
Pierwszą wielką operacją, w której Stawka wykorzystała masowo jednostki pancerne, było kontruderzenie w listopadzie 1942 r. pod Stalingradem. To właśnie wojska pancerne zamknęły w okrążeniu niemiecką 6. Armię i część oddziałów 4. Armii Pancernej.
