Operácia Barbarossa (nemecky Unternehmen Barbarossa, pomenovaná podľa Fridricha I.) bol krycí názov pre inváziu európskej Osi do Sovietskeho zväzu počas druhej svetovej vojny. Začala sa 22. júna 1941. Viac ako 3 milióny mužov zaútočilo pozdĺž 2 900 km dlhého frontu, čím sa stala najväčšou vojenskou inváziou v dejinách ľudstva. Zapojilo sa do nej aj 600 000 motorových vozidiel a 750 000 koní. Plánovanie operácie sa začalo v decembri 1940 a útok sa mal začať 15. mája. Jej hlavným cieľom bolo zničiť sovietsku vojenskú silu a zahŕňala aj niektoré nacistické ideologické ciele, ako aj využitie bohatých ložísk prírodných zdrojov Ruska, ktoré by pomohli pokračovať vo vojne proti Spojencom.
Aj keď boli Sovieti v hroznom stave, Osa svoje ciele nedosiahla. Z taktického hľadiska Nemci držali niektoré z najdôležitejších hospodárskych oblastí Sovietskeho zväzu, najmä na Ukrajine. Nemci však boli zatlačení späť od Moskvy a nemohli znovu začať taký veľký a dlhý útok ako operácia Barbarossa na východnom fronte.
Zima 1941-42 sa začala nezvyčajne skoro. Domorodci ju nepovažovali za obzvlášť zlú, ale nemeckí vojaci, ktorí boli zvyknutí na vyššie teploty, boli zle pripravení. Nemecké vybavenie sa v chlade kazilo a niektorí muži mali na sebe ešte stále letné uniformy, ktoré si v snahe udržať si teplo vypchávali novinami. Mnohí nemeckí vojaci v extrémnych mrazoch zamrzli. V roku 1942 nasledovala akcia "Fall Blau" (Modrý prípad), ktorej cieľom bolo obsadiť oblasť Kaukazu a jeho ropné polia. Aj tento pokus sa skončil neúspechom.
Útok otvoril východný front druhej svetovej vojny. V Rusku sa nazýva Veľká vlastenecká vojna. O niekoľko rokov neskôr, po vytlačení nemeckých vojakov z Ruska, mohli Sovieti začať protiinváziu na Nemcami okupované územia vo východnej Európe. Napadli samotné Nemecko a začali bitku o Berlín, poslednú bitku pred kapituláciou Nemecka. Hoci Rusi nakoniec Nemcov odrazili, stálo ich to obrovské úsilie. Zahynulo približne päťkrát viac Rusov ako Nemcov.
Operácia Barbarossa bola najväčšou vojenskou operáciou v dejinách ľudstva, a to tak počtom zúčastnených mužov, ako aj počtom mŕtvych. Operácia otvorila divadlo, na ktorom sa zúčastnilo viac mužov ako kedykoľvek predtým v histórii.