RSPB Skottland motsatte sig utvecklingen i Firth of Forth och Firth of Tay när det gäller oro för vilda djur och växter.
De skotska ministrarna godkände projekten Inch Cape, Neart na Gaoithe och Seagreen Alpha och Bravo 2014.
Projekten skulle kunna ge kraft till 1,4 miljoner bostäder.
RSPB Scotland advokater hävdade att de skotska ministrarna bröt mot de krav som ställs på dem genom lagen när de fattade sina ursprungliga beslut.
Advokaterna hävdade att ministrarna inte tog vederbörlig hänsyn till att området är en fristad för sällsynta vilda djur.
Domare Lord Stewart dömde till förmån för RSPB Skottland vid sessionsdomstolen i Edinburgh.
Han beordrade de skotska ministrarna att ompröva besluten om huruvida de skulle bevilja planeringstillstånd för utvecklingen.
Deras nya beslut måste ta upp de rättsliga frågor som RSPB Scotland-teamet har tagit upp i domstol.
I ett uttalande, RSPB Skottland sade att den rättsliga utmaningen var en "sista utväg beslut" som den hade gjort "med stor motvilja".
Det sades: "Tyvärr beviljades samtycke när tusentals gannetter, puffar, kittiwakes och andra sjöfåglar från ikoniska internationellt skyddade platser som Bass Rock och Isle of May förutspåddes bli dödade varje år.
– Regeringens lagstadgade naturvårdsrådgivare, Scottish Natural Heritage och Joint Nature Conservation Committee, hade också väckt stor oro för vindkraftsparkerna.
"Under dessa omständigheter kunde RSPB Skottland inte bara stå och titta på och låta sådana förödande konsekvenser för Skottlands vilda djur ske utan att göra en ståndpunkt."
Lloyd Austin, samhällets chef för bevarandepolitiken, sade: "RSPB Skottland är nu angelägen om att samarbeta med alla parter för att se till att vi fokuserar insatserna på att leverera välbehövlig förnybar energi på ett sätt som inte hotar Skottlands internationellt viktiga djurliv."
Ministern för näringsliv, innovation och energi Paul Wheelhouse sade: " Scottiska ministrar noterar Lord Stewarts omdöme och kommer nu att noga överväga det och dess konsekvenser.
"Den skotska regeringen är fortsatt starkt engagerad i utvecklingen av vindkraft till havs, eftersom denna viktiga teknik med låga koldioxidutsläpp erbjuder en enorm ekonomisk möjlighet för Skottland, men genom att bidra till att minska koldioxidutsläppen har den också en viktig roll att spela i vår kamp mot det hot som klimatförändringarna utgör för både vårt samhälle och vår naturliga miljö.
"Det är uppenbart att det är av största vikt att skydda Skottlands marina miljö: det är kärnan i den skotska regeringens strategi för tillämpningar av förnybar energi till havs, och vi är angelägna om att arbeta konstruktivt med både RSPB och utvecklare av förnybar energi för att se till att sektorn har en ljus framtid i Skottland."
Naturvårdare har vunnit en rättslig utmaning i Skottlands högsta domstol mot fyra stora havsbaserade vindkraftsparksprojekt.