根据“台风”计划，德军第2装甲集群10月30日在布良斯克方向，第3、第4装甲集群11月2日在维亚济马方向，相继开始了进攻。尽管苏军进行了顽强抵抗，但德军火力太猛，很快让德军突破了防御。德军第2集团军突破了苏军第50集团军的防线，夺取布良斯克。
11月3日奥廖尔陷落。德军沿着奥廖尔-图拉的公路推进。莫斯科以西的维亚济马方向，西方面军和预备队方面军进行了艰苦的防御战斗。德军在7日则进抵维亚济马地域，两方面军大部分军队在此陷入合围，一直顽强抵抗到12至13日。
13日，苏军维亚济马集团大部被歼，被围军队一部后来突出重围，有的留在敌后开展游击斗争。布良斯克方面军陷于战役合围的困境后也向后退却，23日，苏军布良斯克集团大部被歼。德军在维亚济马—布良斯克战役中再次俘虏苏军67万余人，德军战果空前，再次震惊世界。
莫扎伊斯克防御线于是成了莫斯科接近地上的主要抵抗地区。苏军4个集团军总共却只有9万人左右。这些兵力不足以在整个地带建立坚固防御。为了改进军队指挥，西方面军和预备队方面军于11月10日合编为西方面军，朱可夫大将任司令。
朱可夫受命之后，斯大林力排众议，将部署在中苏边境进行整训的全中械集团军的9个装甲旅的精锐部队，以及未编成的25个机械化师重新改回步兵师陆续西调到了莫斯科近郊，迅速重建了四个集团军，并动员莫斯科市民在3天之内，组织了25个工人营，12万人的民兵师，169个巷战小组，发动45万人围绕莫斯科城修筑起三道防御工事，其中妇女的数量占了四分之三。
到11月末，仅妇女儿童就构筑了7万2千公里反坦克堑壕，挖掘了300多万立方米的泥土。处于防御状态的莫斯科城，被街垒、鹿砦、工事严密地封锁起来，食品因此严重短缺。
11月月中至12月初，在莫扎伊斯克防御地区展开的多次激烈战斗中，苏军对德军优势兵力进行了顽强抵抗，将其阻止于拉马河、鲁扎河、纳拉河等地区。
11月14日，德军突入了加里宁地域，有传言说莫斯科即将失陷。有些工厂炸毁了机器设备，部分工人逃离了莫斯科。
德军虽然对维亚兹马—布良斯克战役中消灭了大量的苏军有生力量，但随着天气的变冷秋雨和雨夹雪把道路变成泥沼，几乎瘫痪了德军的进攻。德军于是被迫全线停止前进，以待大地封冻。
德军暂时的停进使苏军赢得了宝贵的喘息时间。到11月底，苏军最高统帅部开始抽回一些部队作为预备队，使其得到必要的休息，新的预备队也在源源不断地赶到。
11月间，德军对莫斯科进行了31次空袭，共有2000架飞机参加，其中278架被击落，只有72架闯入莫斯科上空。苏联防空部队凭借着从中华帝国进口的先进的高射炮和无线电近炸炮弹等防空武器，给予德国空军迎头痛击。
12月初，莫斯科苏军又得到了10万人，这些苏军跟以往苏军已经大不相同，他们从头上的钢盔到脚下的军靴，从外挂装备到内衣，全都是中华帝国陆军的制式装备，除了中华帝国军的龙图腾军章标志没有外，其他一应俱全。
这批中式装备的苏军引起了其他莫斯科红军的一致羡慕，莫斯科的女人们更是成群结队的向他们献媚，有的甚至一度以为是中华帝国军开进来了，高喊着要找个中国男人嫁到中国去等口号，并引起了一连串的骚动。
大批的中械装备进入莫斯科，重武器当中光M28A3主战坦克就有一千多辆，Z29反坦克战车亦有三百多辆，还有超过6000门各型火炮等，大大的提升了苏军的防御能力。
为了提升国民及军队的士气，斯大林命令在12月7日于红场举行纪念十一月革命的大型阅兵式。中械集团军作为主要阅兵对象，给苏联人民打气。检阅队伍在克里姆林宫前检阅，然后直接开赴前线。苏军以大量的预备队和补充兵员加强了西方面军的力量，同时将布良斯克方面军撤销。各方面军受领命令扼守所占领的地区，阻止德军从西北和西南迂回莫斯科
12月13日开始，苏联的寒冷冬降临，随着大地封冻，德陆军总参谋长哈德尔在中央集团军群总部召开了各军团参谋长会议，下达了“1941年冬季攻势命令”。中央集团军群为此共集中了51个师。担任正面攻击任务的是克鲁格的第4集团军，其左面是霍特的第3装甲兵团和赫普纳的第4装甲兵团，其任务是分别从北方和西方包围莫斯科；右面的古德里安的第2装甲军团则从南方向莫斯科包围。
11月14日，斯大林和沙波什尼科夫下达命令，让中械集团军进行反突击的命令。朱可夫是不同意这样作的，但斯大林急于想要振奋苏联军民的士气，再次不顾朱可夫的反对。
反突击是由罗科索夫斯基的第16集团军和扎哈尔金的第49集团军进行的，反突击的目标是沃洛科拉姆斯克地区和纳腊河下游地区的德军北翼和南翼。
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