在德軍兵分三路入侵蘇聯的進程中，除了中路和南路，北路的戰鬥同樣激烈。1941年8月下旬，希特勒在北翼調集了32個步兵師、4個坦克師、4個摩托化師和1個騎兵旅的兵力，配備6000門大炮、4500門迫擊炮和1000多架飛機，向列寧格勒發動猛烈攻勢，揚言要在9月1日佔領列寧格勒。在「巴巴羅薩」計畫中，攻佔涅瓦河上這座城市被看作是「刻不容緩的任務」。希特勒渴望能從地球上抹掉列寧格勒，殺光居民，以毀滅十月革命的搖籃。
8月底，德軍變更部署後沿莫斯科-列寧格勒公路發起進攻。德軍在付出重大損失後，於8月30日抵達涅瓦河，切斷了列寧格勒與外界的鐵路聯繫。9月8日，德軍進抵拉多加湖南岸，從陸上包圍了列寧格勒。自此，列寧格勒陷入德軍的三面包圍，只能從拉多加湖和空中得到補給，長達900天的列寧格勒保衛戰拉開了序幕。
包圍列寧格勒之後，德軍對該市實施了野蠻轟炸和炮擊，投擲了10萬多枚航空燃燒彈和航空爆破炸彈，妄圖用轟炸和飢餓困死守城軍民。
9月9日，德軍向列寧格勒發起新的進攻。斯大林的酒友和跟屁蟲伏羅希洛夫元帥由於指揮不力被撤職。9月10日，朱可夫大將接替指揮列寧格勒方面軍。朱可夫做出的第一個決定是，即使戰至最後一人，也要守住列寧格勒。他的口號是：「不是列寧格勒懼怕死亡，而是死亡懼怕列寧格勒！」
與此同時，朱可夫迅速調整和加強了列寧格勒防禦，各預備部隊得到了民兵支隊的補充，大批海軍軍人離艦上陸，一部分高射炮調到高地上用於打坦克。至9月底，列寧格勒西南和南面的戰線趨於穩定。德軍一舉奪取列寧格勒的計畫破產，抽調北路兵力進攻莫斯科的企圖也隨之破滅。
從南面奪取列寧格勒的計畫失敗後，德軍於10月改向突擊，與芬蘭軍隊會合，企圖完全封死列寧格勒，但德軍未能突至斯維里河。11月中旬，蘇軍轉入反攻，收復了部分失地，將德軍趕過沃爾霍夫河。
列寧格勒保衛戰具有全民動員性質，列寧格勒的工業給前線提供了武器、裝備、服裝和彈藥，而該市居民在被封鎖後第一個冬春就提供了10萬多新兵。為了使居民免於挨餓，拉多加湖區艦隊承擔了湖上給養、彈藥和武器的輸送。11月中旬，湖上航行因為冰封而中止。11月19日，又在拉多加湖的冰上開闢軍用汽車路，被圍城市通過冰上交通線得到了戰鬥和生活必需品，疏散了沒有勞動能力的居民以及工業設備等。
儘管得到了一些給養，但還是遠遠不能滿足守城軍民的需要。列寧格勒城內被迫實行配給制，工人每人每天只能得到8兩麵包，兒童、病人和公務員每天4兩。但是有記載顯示，即使在列寧格勒城裡餓死100萬人時，糧食還在被用於釀特殊的好酒，給官員們享用，當時的人們根本不知道這些情況。
列寧格勒軍民不畏困難，每天有4.5萬人修築防禦工事，工人們在德軍的炮火下堅持生產。全城軍民步步為營，鑄成了一條攻不破、打不爛的鋼鐵長城。
1941年，一生都在等待槍決的蘇聯第一作曲家肖斯塔科維奇為列寧格勒創作了《第七交響曲》。他本人在自己的家鄉列寧格勒，參加了志願消防隊，成為一名優秀的消防隊員。
這個才華橫溢的作曲家曾觸怒斯大林，但沒有被槍決，因為他的音樂對斯大林的統治是種有益的裝飾。「斯大林喜歡把一個人與死神面對面地放到一起，然後讓這個人按著自己的旋律跳舞。」最終，肖斯塔科維奇選擇了屈服。為了「贖罪」，他完成了《第五交響曲》，將它獻給斯大林。這部作品為他贏回了一度失去的聲譽，令他正式成為蘇聯音樂界第一人。但是，後半生他一直惴惴不安，說：「當我們臟時愛我們，別在我們乾淨時愛我們。乾淨的時候，人人都愛我們。」
1942年1～4月，蘇軍在柳班方向發動突擊，8～10月又在錫尼亞維諾方向實施了頑強戰鬥，疲憊和消耗了德軍的兵力。蘇聯游擊隊也在德國佔領區展開了積極的戰鬥，使敵軍遭受重大損失。
1943年1月12日，蘇軍在遠程航空兵、炮兵和紅旗波羅的海艦隊航空兵的支援下，兵分兩路在拉多加湖以南的狹小突出部實施了相向突擊，力圖打破德軍對列寧格勒的封鎖。1月18日，兩路蘇軍成功突破德軍防線，在拉多加湖與戰線之間形成了8～11公里寬的走廊，並在17個晝夜內鋪設了鐵路和公路各一條。
1943年夏秋，蘇軍又打破了德軍再度封鎖列寧格勒的企圖，並肅清了沃爾霍夫河岸登陸場的德軍，從而改善了戰役態勢。
1944年1月14日，一支蘇軍從奧拉寧包姆登陸場轉入反攻。次日，另一支蘇軍也從列寧格勒轉入反攻。1月20日，兩路蘇軍會師，消滅了被合圍的德軍集團。1月21日，德軍開始退卻。到1月底，蘇軍相繼收復了普希金城等城市。
至2月15日，蘇軍在游擊隊的配合下，完全突破了德軍的防禦，此後繼續追擊德軍。3月1日，蘇軍已進抵拉脫維亞邊界。德國北方集團軍群遭到重創，列寧格勒州幾乎全境收復，加里寧州一部收復，蘇軍進入愛沙尼亞境內，為粉碎波羅的海沿岸地區和列寧格勒以北之敵，創造了有利條件。
1944年夏，蘇軍在海軍波羅的海艦隊、拉多加湖區艦隊和奧涅加湖區艦隊的配合下，擊潰了蘇德戰場北翼的德軍戰略集團，列寧格勒的安全有了充分保障。