1939年，在世界战争危机日益严重的情况下，斯大林于3月在党的第十八次代表大会上指出“德、日、意是侵略者”，批评英法放弃集体安全政策、对侵略者采取“不干涉”政策，强调党的任务是争取建立欧洲集体安全体系，加强战备和发展军事工业。同年8月，斯大林在判断与英法结盟无望后，转而与德国改善关系以赢得时间加强战备，决定与德国签订互不侵犯条约(此时的斯大林和希特勒心里都在打着对方的小算盘，斯大林对希特勒的戒心一刻也没有放松)。1941年6月22日，德国对苏联发动突然进攻。由于斯大林对德国发动进攻的时间和主攻方向判断失误，致使苏联没有适时完成战争准备，使苏军在战争初期遭受惨重损失，陷于十分危急的境地。6月30日，斯大林出任国防委员会主席，7月3日向全国发表广播讲话，阐述打败德国法西斯夺取卫国战争利的纲领，10日任最高统帅部大本营主席，19日任国防人民委员，8月8日任武装力量最高统帅，以斯大林为主席的国防委员会集党政军大权于一身，组织领导全民进行反法西斯战争，从政治、经济、军事、外交等方面动员一切力量，保障反侵略战争顺利进行。斯大林依靠最高统帅部大本营及其指挥机关总参谋部及时作出战略决策，制定战略计划，组织战略协同，组建和使用战略预备队，总结失利教训，推广成功经验，先后 取得了莫斯科会战、斯大林格勒会战、库尔斯克会战等一系列战略决战的重大胜利。同时，斯大林也积极开展外交活动，推动世界反法西斯联盟的建立及巩固：1941年7月与英国签订《在对德战争中一致行动协定》，9月宣布赞同《大西洋宪法》，1942年1月签署《联合国家宣言》，1943年11月出席德黑兰会议，1945年2月和7月出席雅尔塔会议和波茨坦会议。在这些会议上，斯大林围绕联盟战略和战后世界安排等重大问题，与美英首脑进行磋商，进行必要的斗争和妥协，达成有利于世界反法西斯战争胜利后的协议，但在涉及处理其他国家事务时也表现出大国沙文主义和民族利己主义倾向。战争期间，斯大林以国防人民委员和最高统帅名义所作的报告、发布的命令和训令，对于指导战争和发展苏联军事学术起了重要作用。在以斯大林为首的联共中央领导下，苏联军队和人民最终取得了苏德战争的伟大胜利，并支援盟国打败日本法西斯，为第二次世界大战的最后胜利做出了重大贡献。