弗拉基米尔·格奥尔吉耶维奇·捷卡诺佐夫被派往立陶宛监督傀儡政府立陶宛人民政府（英语：People'sGovernmentofLithuania）与人民议会（英语：People'sSeimas）成立与选举，7月21日立陶宛苏维埃社会主义共和国成立，并于8月3日加入苏联，随后立陶宛被快速的苏维埃化（英语：SovietizationoftheBalticstates），除立陶宛共产党外的政党与许多组织都被宣布非法，约12000人被逮捕后送往古拉格关押，大量私人财产被充公，货币也改为苏联卢布，粮税大幅上升，立陶宛军队则被改编为苏联红军第29步兵军（英语：29thRifleCorps）。1941年6月14日至18日（纳粹德国进攻前一周）有约17000名立陶宛人被流放至西伯利亚，其中许多因不人道的环境而死亡，史称六月遣送。6月22日纳粹德国进攻苏联，立陶宛行动前线（英语：LithuanianActivistFront）发动六月起义，建立临时政府，但德国北方集团军占领立陶宛（英语：GermanoccupationofLithuaniaduringWorldWarII）后临时政府即瓦解，立陶宛被并入德国的奥斯兰总督辖区。

纳粹德国在立陶宛展开犹太人大屠杀，将犹太人送往集中营中屠杀，6月25日阿尔吉尔达斯·克利马蒂斯即在党卫军监督下发起了考纳斯反犹骚乱，杀害大量犹太人，1941年12月已有超过12万名立陶宛犹太人遇害，纳粹占领期间共有91%至95%的犹太人被屠杀，其中近十万人死于波纳里大屠杀。许多立陶宛人冒生命危险保护犹太人，截至2018年1月以色列政府已向893名立陶宛人颁授国际义人；但也有约13000名立陶宛人加入了立陶宛辅助警察营（英语：LithuanianAuxiliaryPoliceBattalions），其中许多与纳粹党卫队别动支队（英语：Einsatzkommando）一起屠杀犹太人，另外也有立陶宛安全警察与党卫军和纳粹安全警察合作，镇压犹太人、波兰反抗军与地下共产党。

二战对立陶宛的经济造成了巨大冲击。据苏联方面记载，德国占领期间至少有21个村庄被摧毁，56个发电站在德军撤退时停止了工作，1140多座桥梁被毁，工业区和基础设施的严重损毁使得本就疲弱的经济雪上加霜。

苏联重新占领