因为三座城市对苏联的意义不同，苏联在防守它们时采取了不同的策略。
列宁格勒围城战
列宁格勒（今圣彼得堡）战役围城战持续时间很久，从1941年9月9日德军第39摩托化军第20摩托化师攻占锁阴堡开始，一直到1944年1月30日,沃尔霍夫方面军、列宁格勒方面军、波罗的海第二方面军三方面军联手将德军逐退，才完全解除了德军对列宁格勒市的包围态势，这一场围城战持续了两年零5个月之久。
之所以列宁格勒战役会打成围城战，主要还是德国在北线的北方集团军群兵力太少，只有大概30余万人。因为德军统帅部的计划是，中央集团军群的第3装甲集群和第9集团军为其在南翼提供支援，而盟友芬兰从北翼夹攻列宁格勒，所以按照德军参谋部的计划本来北方集团军群攻占列宁格勒的兵力是够用的。
但是当战争真的开始后，状况频出使得德国占领列宁格勒的计划成了一纸空文。
芬兰在夺回了1939年苏芬战争的失地后，坚决拒绝再向列宁格勒方向发起进攻，使得德军只能独自承担进攻列宁格勒的任务。不但如此，德军北方集团军群还不得不抽调一部分兵力，去北线协助芬兰军队抵御苏军发起的反攻，这让本来就兵力薄弱的德军北方集团军群兵力更加紧张。
而本来应该协助北方集团军群进攻的第3装甲集群和第9集团军，也因为德军中央集团军群大举南下，与南方集团军群配合发动基辅合围战，而不得不向南移动填补南下军队留出的空隙，无力再支援北方集团军群作战。
北方集团军群还在北方先后遭遇了，苏联瓦图京和朱可夫两名战术大师的拦截，进攻一再受挫。而苏军统帅部不顾一切要保住北方首都列宁格勒的决心，也使得列宁格勒方面负责防守的沃尔霍夫方面军、列宁格勒方面军，无论苏联如何艰难都能获得源源不断的补充。这两个方面军不但守住了列宁格勒外围的防线使得德军不能越雷池一步，甚至还不断发动大规模的反击，将德军一步步地逼得远离列宁格勒市区。
不过由于列宁格勒市西部那都是高耸的高地的特殊地理环境，使得北方集团军群在兵力兵器不占优的情况下，依然可以借助地形优势构筑封锁线，凭借空军优势和远程大炮对列宁格勒长期形成了围困态势。因此列宁格勒围城战，是因为列宁格勒特殊的地形才久拖不决。
莫斯科防守战
而莫斯科战役作为巴巴罗萨计划的收尾之战，它算是苏德真正意义上的第一场战略决战。由于德军将机动兵力用在围歼基辅苏军的西南方面军上，所以苏联得以在中部的莫斯科方向，获得了宝贵的时间构筑防线编制新的部队。
作为苏联的首都，莫斯科不容有失，所以苏联统帅部建立层层防线阻止德军靠近莫斯科。德军在进攻莫斯科的道路上遭到了苏军顽强的层层阻击，德军所有进攻莫斯科的部队中，距离莫斯科市区最近的是第2装甲师，它距离莫斯科市区也还有20英里（约32公里，这被以讹传讹成了，德军最近到达了距离莫斯科市区20公里处）。
因此莫斯科并没有被德军靠近，更谈不上什么被围城了。失去冲力的德军，随后就被朱可夫指挥的苏军反击被逐退了100公里以上，永远远离了莫斯科市区。
斯大林格勒巷战
斯大林格勒（今伏尔加格勒）战役开始前，由于德军守住了距离莫斯科200公里的勒热夫突出部，这使得苏军不得不将大量的部队集结在莫斯科当面，防备德军向莫斯科再次发起进攻。而德军也利用勒热夫突出部对苏军发起了一系列有限的攻势，企图歼灭一部分苏军有生力量，这导致苏联最高统帅部注意力被锁定在了中部战场，将更多的军队调集到莫斯科方面，对南方德军可能发动的攻击缺乏准备不说，还造成南面的苏军兵力不足。
德军统帅部正是利用了苏军在南方兵力不足的这一时机，发起了对斯大林格勒的进攻。所以德军开始的进攻还算顺利，没有遭到苏军太激烈的抵抗，两翼很快都攻到了伏尔加河西岸，切断了斯大林格勒与外界的陆路交通。
苏联最高统帅部在判明了德军的企图后，决定围歼进攻斯大林格勒的德军。所以苏联统帅部虽然下令必须死守斯大林格勒，但是死守的目的是为调集围歼德军的部队争取时间，所以只要能把德军留在斯大林格勒，是在城外还是在城内没有区别。
而且防守斯大林格勒的苏军还发现，只要能与德军搅在一起，德军的优势炮火和空军支援就失去了作用，所以苏军放弃了与德军在市区外围开阔地打阵地战，将德军放进城里展开城市巷战。战争期间苏联的援兵源源不断地渡过伏尔加河，进入斯大林格勒市区补充守城部队的损失，使得德军在斯大林格勒城内的进攻步履维艰推进十分缓慢。
直到苏军后备军在斯大林格勒的两翼完成集结后，苏军才主动放弃了在斯大林格勒市区最后的阵地，撤到了伏尔加河的东岸，将整个斯大林格勒市让给了德军。