En junio 1941 kun la lanĉo de Operacio Barbaroso, Kleist gvidis la 1-an Panzer Group kiel parto de Army Group South - taskita kun la kapto de Moldavio kaj Ukrainio - kaj vidis sukceson en la komenca fazo de la invado, avancante profunde en Ukrainion. La 1-a Panzer-Grupo rompis la Stalin-Linion, tiam venkis la kvin mekanizitajn korpojn de la sovetia 5-a armeo kaj 6-a armeo en la Batalo de Brody
(de la 23-a ĝis la 30-a de junio 1941). En julio 1941 dum la Batalo de Uman, la 1-a Panzer-Grupo trarompis la liniojn de la Sovetia Suda Fronto, kondukante al la ĉirkaŭbarado kaj ekstermo de la sovetiaj 6-a kaj 12-a armeoj sudoriente de la urbo Uman (en la nuna Ĉerkasa provinco). Dum la Unua Batalo de Kievo de aŭgusto-septembro 1941, la norda turno de la unua Panzer-Grupo de centra Ukrainio kune kun la suda antaŭeniĝo de la dua Panzer-Grupo de Smolensk kondukis al la ĉirkaŭiro kaj detruo de la tuta sovetia Sudokcidenta Fronto oriente de Kievo, kaŭzante pli ol 600,000 perdojn al la Ruĝa Armeo. Tamen, la kampanjo estis multekosta, tiutempe la germanaj trupoj havis nur duonon de la tankoj kiujn ili havis tri monatojn antaŭe.