Model został awansowany do stopnia generała porucznika.
Front wschodni thumb|Działania na froncie wschodnim od czerwca do września 1941 Podczas operacji Barbarossa dowodził 3 Dywizją Pancerną, a następnie XLI Korpusem Armijnym i 9 Armią.
22.06.1941 – a więc pierwszego dnia walki – 3 Dywizja Pancerna Modela atakując od strony Brześcia odniosła wielki sukces docierając na odległość 65 km od podstaw wyjściowych. Następnie wzięła udział w walkach o Białystok i Mińsk, w zdobyciu Smoleńska oraz w wielkiej bitwie okrążeniowej pod Kijowem. 25 sierpnia, podczas ataku na Nowogród Siewierski w celu zdobycia mostów na Desnie, został ranny odłamkiem w rękę; ponownie ranny został 2 września. 14 września to właśnie jego oddziały zamknęły pod Kijowem pierścień okrążenia, biorąc następnie do niewoli sztab 5 Armii radzieckiej z generałem majorem Michaiłem Potapowem. Po zlikwidowaniu kotła kijowskiego dywizję skierowano do bitwy o Moskwę.