został mianowany dowódcą Grupy Armii „Mitte” (Grupa Armii "Środek"). Odnosił zwycięstwa w rejonie Wiaźmy i Smoleńska. Za zdobycie Smoleńska Hitler obiecał mu przemianowanie tego miasta na Bockburg. We wrześniu 1941 Bock zaplanował i koordynował operację Tajfun – największą ofensywę wojsk niemieckich II wojny światowej. Bock zamierzał przez uderzenie jednostek pancernych z rejonu Duchowszczyzny, Rosławia i Szostki przełamać obronę radziecką. Po klęsce pod Moskwą 19 grudnia 1941 został usunięty ze stanowiska. Guderian podaje, że Bock ustąpił na skutek choroby z zajmowanego stanowiska 20 grudnia, a jego następcą został mianowany Günther von Kluge.
W okresie od stycznia do lipca 1942 pełnił funkcję dowódcy G. A. „Süd” (na to stanowisko został skierowany po śmierci von Reichenaua), lecz po poniesionych klęskach został ponownie usunięty ze stanowiska. Jego następcą na tym stanowisku został mianowany Maximilian von Weichs. Od tego też czasu Fedor von Bock wycofał się z życia politycznego przechodząc w stan spoczynku.