1941 m. birželį, kai buvo pradėta operacija "Barbarossa", Kleist vadovavo 1 Panzer grupei kaip Pietų armijų grupės daliai, kuriai buvo pavesta užimti Moldaviją ir Ukrainą, ir pasiekė sėkmę pradiniame invazijos etape, įsiveržęs giliai į Ukrainą. 1-oji Panzerų grupė peržengė Stalino liniją, tada nugalėjo penkis sovietų 5-osios ir 6-osios armijų mechaninius korpusus
Brody mūšis (1941 m. birželio 23-30 d.). 1941 m. liepos mėn. Umano mūšyje 1-oji Pancerų grupė peržengė Sovietų Sąjungos Pietų fronto linijas, o tai lėmė Sovietų Sąjungos 6-osios ir 12-osios armijų apsupimą ir sunaikinimą į pietryčius nuo Umano miesto (šiuo metu Čerkaso krašte). 1941 m. rugpjūčio-rugsėjo mėn. Per pirmąjį Kijevo mūšį, 1-osios Pancerų grupės posūkis į šiaurę iš centrinės Ukrainos kartu su 2-osios Pancerų grupės iš Smolensko išstojimu į pietus lėmė visos sovietinės pietvakarių fronto, esančios į rytus nuo Kijevo, apsupimą ir sunaikinimą, taip pat daugiau nei 600 000 Aukso armijos žuvusiųjų. Tačiau kampanija buvo brangi, o vokiečių pajėgos turėjo tik pusę tankų, kuriuos turėjo prieš tris mėnesius.