1941年6月22日由西方特别军区改编而成，最初辖有第3、第4、第10和第13集团军。尔后陆续编入第5、第11、第16、第19、第20、第21、第22、第28、第29、第30、第31、第32、第33、第39、第43、第49、第50、第61、第68集团军，突击第1集团军，近卫第10、第11集团军，坦克第3、第4集团军和空军第1、第4集团军。
方面军在边境交战进程中，坚守既设阵地，实施反冲击和反突击，以阻止德国法西斯军队向苏境纵深推进。但是，苏军在德军优势兵力突击下，被迫于6月28日放弃明斯克和明斯克筑垒地域。苏军在明斯克以西继续抵抗，直至1941年7月8日。
7月10日—9月10日进行的斯摩棱斯克交战（1941）中西方面军采取防御，结合反突击和局部进攻战役的作战方针，顽强阻击优势之敌。因此，德军在中央方向的进攻被阻止两个月之久，德军指挥部从行进间突向莫斯科的计划亦被打破。
莫斯科会战（1941—1942）中，西方面军的主要任务是保卫首都和歼灭莫斯科接近地的敌军。维亚兹马—
布良斯克战役（1941）中，方面军一部于10月上半月在维亚济马以西陷入重围，被迫与优势之敌“中央”集团军群进行激战。尔后，西方面军增编
预备队方面军所属部队和最高统帅部新锐预备队，经激烈战斗，使德军遭致重大杀伤，并在伏尔加水库、沃洛科拉姆斯克以东、纳罗—福明斯克、图拉，斯大林诺戈尔斯克（新莫斯科夫斯克）以西地区阻止了德军的推进。1941年11-12月，西方面军所属部队在莫斯科西北和西南接近地进行顽强的防御战斗，并将敌人的进攻最终阻止在德米特罗夫、亚赫罗马、红波利亚纳、克留科沃、兹韦尼哥罗德、库宾卡以西、纳罗福明斯克、阿列克辛、图拉、莫尔德韦斯、谢列布里亚内耶普卢德和米哈伊洛夫等地区。
1941年12月6日起，方面军所属军、兵团经最高统帅部预备队补充后转入反攻，反攻进程中（至1942年1月8日），与
加里宁方面军和西南方面军协同作战，西进100公里-250公里，进至谢利扎罗沃、勒热夫、小雅罗斯拉韦茨、卡卢加、苏希尼奇和别廖夫等地区。尔后，西部战略方向总进攻时节，西方面军于1942年1月10日-4月20日先后收复莫扎伊斯克、韦列亚、梅登和米亚特列沃各城。1942年7月30日-9月6日，西方面军协同加里宁方面军实施勒热夫-瑟乔夫卡进攻战役，战役结果，西方面军右翼向前推进40-60公里，收复祖布佐夫城，并进至伏尔加河和瓦祖扎河畔，左翼进至沃里亚河。1943年3月，西方面军与加里宁方面军共同实施勒热夫-
维亚济马战役，肃清德军勒热夫-维亚济马前进基地。方面军向前推进130-160公里，收复勒热夫、格扎茨克、维亚济马等城和其他许多居民地。1943年7-8月，西方面军左翼同布良斯克方面军和中央方面军一起，在库尔斯克会战进程中，共同实施了
奥廖尔战役（1943），并配合布良斯克方面军肃清德军奥廖尔突出部。与此同时，方面军基本兵力实施斯帕斯—杰缅斯克战役（1943），战役进程中，收复斯帕斯杰缅斯克。9月中旬至10月初，西方面军与加里宁方面军共同准备和实施斯摩棱斯克战役（1943），重创德军坦克第3集团军和野战第4集团军，收复斯摩棱斯克、杜霍夫希纳，亚尔采沃和罗斯拉夫利，到10月2日，向前推进120-170公里，进至哈尔佩尼奇、鲁德尼亚、德里宾和韦列梅伊基地区。1943年末和1944年初，西方面军在维捷布斯克和奥尔沙方向继续发展进攻，全部收复斯摩棱斯克州，进至白俄罗斯东部地域，就地实施局部战斗，并为解放白俄罗斯的进攻战役作准备。
1944年4月24日，西方面军野战领率机关率诸兵种合成第5，第31、第39集团军和空军第1集团军组建白俄罗斯第3方面军，原西方面军第33、第49和第50集团军转隶
白俄罗斯第2方面军。
方面军领导成员：司令-1941年6月为巴甫洛夫大将，1941年7-9月为苏联元帅
铁木辛哥，1941年9-10月和1942年8月-1943年2月为
科涅夫中将（1941年9月11日晋升为上将），1941年10月-1942年8月为朱可夫大将，1943年2月-1944年4月为
索科洛夫斯基上将（1943年8月27日晋升为大将），1944年4月为
切尔尼亚霍夫斯基上将；军事委员会委员-1941年6-7月为福米内赫（军政委级），1941年7月为波诺马连科，1941年7月—1943年12月为布尔加宁中将，1941年7月和1943年12月-1944年4月为梅赫利斯（一级集团军政委级，1943年12月6日起为中将），1944年4月为马卡罗夫中将；参谋长-1941年6月为克利莫夫斯基赫少将，1941年7月为马兰金中将，1941年7月-1942年1月和1942年5月-1943年2月为索科洛夫斯基中将（1942年6月13日晋升为上将），1942年1-5月为戈卢什克维奇少将，1943年2月-1944年4月为波克罗夫斯基中将。