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  德軍在巴巴羅薩行動開始行動後,在北部及中部戰線獲得了巨大的成功,只是在南方留下一個巨大的突出部,在這裡有一支龐大的蘇軍,包括幾乎整個西南方面軍,在烏曼戰役中雖然取得很重大的勝利,但大部分蘇軍在謝苗·布瓊尼的指揮下仍然留在基輔一帶,由於大部分裝甲力量已在烏曼戰役中被消滅,他們因此缺乏裝甲及機動力量。雖然這是當時蘇軍在東線最龐大的一支部隊,他們卻無法再威脅德軍的進攻。  8月底面臨抉擇,該向莫斯科繼續進攻或是消滅南方的蘇軍,由於南方集團軍沒有足夠力量包圍及消滅蘇軍,中央集團軍需要提供支援以完成任務,經過爭論後,德國第2裝甲軍團及德國第2軍團從中央集團軍轉屬南方集團軍及向南推進,在基輔以東與南方集團軍進攻部隊會合。

  裝甲部隊快速進攻以完成包圍,這令布瓊尼措手不及,他因此在9月13日被約瑟夫·斯大林撤去西南方面軍司令員的職務,沒有人繼任指揮,各軍及師的指揮官各自為戰,9月16日,保羅·路德維希·埃瓦爾德·馮·克萊斯特的第1裝甲集團與海因茨·古德里安的第24裝甲軍在基輔以東120公里的羅克費特沙會師以完成包圍。  之後被包圍蘇軍的命運已被註定,對俄國人來說,包圍圈的範圍難以置信,由於沒有摩托化兵力或軍事天才的領導,他們不可能突破包圍,南方集團軍的德國第17軍團及德國第6軍團與中央集團軍的第2軍團在裝甲部隊的支援下不斷縮小包圍圈,被包圍的蘇軍沒有輕易放棄基輔,在一場殘酷的戰役中蘇軍士兵被德軍火炮、坦克及飛機消滅,最後進攻10天后的9月26日,最後1支蘇軍在基輔以東投降,德軍宣稱俘獲60萬名蘇軍士兵,阿道夫·希特勒說這是歷史上最大的戰役。

  基輔戰役後蘇軍已經沒有更多後備力量來防衛莫斯科,蘇聯政府調動83個師共80萬人,但只有其中25個師是有足夠裝備,而且缺乏裝甲部隊及戰機,德國方面他們有70個師共200萬人,接近33%是機械化的,這是在戰爭中最高的比例,進攻莫斯科的颱風作戰在10月2日開始。  由於在基輔的巨大勝利,在南方的巨大阻礙已經清除,南方集團軍繼續向頓巴斯進攻,在南方戰區的目的已完全達到,不過向莫斯科的進攻被推遲了4個星期,這在之後的莫斯科戰役中已被證明,雖然在戰術上取得成功,但基輔戰役只能小規模增強德國在戰略上的優勢,因為其主要目的,戰爭的決定性勝利沒有達到。  當蘇軍付出巨大的損失時,他們爭取了時間防守莫斯科,為同盟國取得第二次世界大戰的勝利作出了貢獻。  而且蘇聯在這次及其他包圍戰中得到了教訓,在之後的莫斯科戰役中,他們避免被德軍包圍,之後在斯大林格勒戰役中,他們更反而包圍了入侵者。
基輔戰役是第二次世界大戰中在烏克蘭的一場大型包圍戰;今天它被認為是歷史上最大規模的包圍戰,它作為巴巴羅薩作戰在1941年8月23日至9月26日,在蘇聯歷史中它被稱為基輔防禦戰役(Киевская оборонительная операция),發生在1941年7月7日至9月26日。