ב-18 באוקטובר, הארמייה ה-29 הסובייטית בפיקודו לוטננט גנרל מסלניקוב תקפה נגד בקטע של קבוצת הפאנצר 3 ליד קלינין: למחרת הקורפוס הממונע ה-41 פינה את גשר הרכבת ב-Mjednoje יחד עם ראש הגשר שם. התערבותו של קורפוס האוויר ה-8 ייצבה את המצב המאיים ממילא בדיוויזיית הפאנצר ה-1. התקופה הבוצית שהחלה באמצע אוקטובר עם השבילים והכבישים הספוגים התגלתה עד מהרה ככלי עזר יעיל לברית המועצות במאבק נגד הוורמאכט. האספקה של הדיוויזיות המעורבות ישירות בפעולות ההתקפיות ירדה לפתע מ-900 טון ביום לכ-20 טון בלבד. הכוחות הסובייטים ניצלו את היחלשות המתקפה הגרמנית כדי להרחיב את מערכות ההגנה שלהם.
לקראת סוף אוקטובר הואטה ההתקדמות הגרמנית ונבלמה כמעט לחלוטין כתוצאה מהתחזקות ההתנגדות הסובייטית על מבואות מוסקבה ותנאי מזג האוויר. גשמי הסתיו הפכו את הדרכים לנהרות של בוץ עמוק, עובדה שהגבילה את יכולת התנועה של כוחות השריון הגרמנים.
החל מ-1 בנובמבר, ניתן היה להשתמש בכביש סמולנסק-מוסקבה רק באישור מיוחד כדי לא "לחשוף" אותו עוד יותר, עד שחל כפור קל ב-3 בנובמבר והפך את הדרכים והשבילים לעבירים שוב. עם זאת, לקח לוורמאכט כמעט שבועיים להשיג תחמושת ודלק כדי לחדש את המתקפה. כאשר החל הכפור העז ב-6 בנובמבר, צצה בעיה חדשה - הם לא היו ערוכים ללחימה בחורף. לגייסות הגרמניים חסרו ביגוד חם וחליפות הסוואה לבנות. המנועים של הטנקים וכלי הרכב הממונעים קפאו כאשר הטמפרטורות צנחו אל מתחת לאפס מעלות. חורף 1941–1942 היה קר במיוחד אפילו במונחים רוסיים.
סטלין, בצעד שנועד לתת דוגמה ולהפגין נחישות בפני החיילים והאזרחים, הורה לערוך את המצעד הצבאי המסורתי של יום השנה למהפכה ב-7 בנובמבר ב, למרות הסכנה של הפצצה גרמנית. ואכן, החיילים צעדו בכיכר האדומה והמשיכו בדרכם היישר אל החזית. מצעד זה, ונאומו של סטלין ליום המהפכה, שנישא בתחנת הרכבת התחתית "מאיאקובסקי" במוסקבה, כהגנה מפני הפצצות אוויריות, נועדו להוכיח לעולם כולו ולאזרחי ברית המועצות, שההנהגה הסובייטית נחושה בכוונתה להגן על מוסקבה עד הסוף. מצב הרוח של תושבי מוסקבה השתנה מבהלה להתרסה.
בצד הגרמני, לעומת זאת, הקורפוס ה-8 (דיוויזיות הרגלים ה-8 וה-28) אף הוצא מהחזית כדי להצטייד מחדש בצרפת.
כבר ב-13 בנובמבר תקפו כוחות סובייטים את האגף הימני של הארמייה הרביעית במטרה לפצל את חזית ההתקפה הגרמנית. במהלך קרבות אלו, ניצל הצבא האדום את הזמן להבאת ארמיות עתודה נוספות כדי להתכונן למתקפה ולשלבם בקו החזית ללא תשומת לב ככל האפשר של סיורים גרמנים.
שלב ההתקפה הגרמנית השני לקראת מוסקבה.
באמצע נובמבר החל השלב השני של המתקפה הגרמנית בגזרה הצפונית של קבוצת ארמיות מרכז, שנתקלה בהתנגדות עיקשת של הצבא האדום. פרידריך הוסבאך כתב לאשתו ב-21 בנובמבר 1941 שהוא לא רואה סימנים לסיום המערכה גם אם מוסקבה תיכבש, מכיוון ש"העקשנות" של ההתנגדות הרוסית היא יוצאת דופן, הם ילחמו עד האיש האחרון. ואולי אף יילחמו עד המטר הרבוע האחרון של אדמתם. מאחר שחלקים נרחבים מצי האוויר הגרמני ה-2 (קסלרינג) הועברו לאזור הים התיכון, היה חוסר בסיוע האווירי הנחוץ. הכוחות המזוינים הסובייטים, לעומת זאת, הצליחו לשמור על עליונות אווירית בגזרות החשובות ביותר. ב-15 בנובמבר הקורפוס ה-27 (הדיוויזיות ה-86 וה-161) של הארמייה התשיעית הגרמנית פתחו במתקפה מצפון לסלנצינו-איליינסקויה בקצה הצפוני של מאגר הוולגה. בעוד הקורפוס הממונע ה-41 נתקע מול קלינין, הקורפוס הממונע ה-56 הצליח לפרוץ משני צידי Lataschino לכיוון קלין. דיוויזיית הפאנצר ה-6 הגיעה ללאמה והקימה ראש גשר.
ב-18 בנובמבר, במהלך קרב טולה, הצליחו כוחות הקורפוס הממונע ה-47 לכבוש את יפיפן בדרום ואילו Dedilowo נכבשה על ידי יחידות של הקורפוס הממונע ה-24. למרות אבדות כבדות מעמדות תותחים נגד טנקים, ארמיית הפאנצר השנייה פרצה לסטלינוגורסק ב-22 בנובמבר ואיימה על מוסקבה מדרום מזרח. באותו יום, בהוראת מפקד החזית המערבית, הודח הגנרל א.נ. ירמקוב שפיקד על אזור טולה, נעצר ב-19 בדצמבר והועמד לדין צבאי.
ב-23 בנובמבר כבשה הדיוויזיה הממונעת ה-10 את מיכאילוב, הדיוויזיה הממונעת ה-29 חצתה את גזרת הדון והתקדמה יותר מ-40 ק"מ צפונה. דיוויזיית הפאנצר ה-18 חדרה באגף הימני דרך הכפר סקופן עד לגורלובו. באותו יום דיווח פילדמרשל פון בוק לפיקוד העליון על המצב המאיים ועל תשישות הכוחות. עם זאת, קבוצת ארמיות מרכז קיבלה פקודות להמשיך במתקפה עם "איגוד הכוחות האחרון". הפיקוד הגרמני הניח ששני הצדדים פרוסים עד המקסימום.
ב-25 בנובמבר, קבוצת הפאנצר ה-3 כבשה סוף סוף את קלין (100 ק"מ צפונית-מערבית למוסקבה) עם דיוויזיית הפאנצר ה-7. למחרת הצליחה דיוויזיית הפאנצר ה-6 לכבוש את העיירה רוגאצ'בו וב-27 בנובמבר היא פרצה אל יאכרום, שם הקים קאמפגרופה מנטויפל ראש גשר בגדה המזרחית של תעלת וולגה-מוסקבה.
ב-26 בנובמבר נכבשה העיר איסטרה, 35 ק"מ ממוסקבה, על ידי הקורפוס ה-9 והקורפוס הממונע ה-40 מקבוצת הפאנצר ה-4. ב-27 בנובמבר, הטמפרטורות כבר ירדו מתחת ל-35 מעלות וגרמו למקרים רבים של כוויות קור בקרב הגרמנים, בעוד שהצבא האדום היה מצויד במלואו בלבוש חם מאז אמצע נובמבר.
ב-30 בנובמבר נטל חלק הקורפוס ה-5 (גנרל ריכרד רואוף), שפעל מצפון למוסקבה, בשיתוף פעולה עם הקורפוס הממונע ה-46 נכנס לעיירות Krasnaya Polyana ו-Putschki (היום שתיהן חלק מהעיר Lobnya) וכך הגיע למרחק של 18 ק"מ מהעיר. באותו יום דיווח ז'וקוב על מוכנות להתקפה נגדית. עם זאת, סטלין החליט להמתין עד ה-6 בדצמבר לפני שיפתח במתקפה, על מנת לתאם טוב יותר את הכוחות ולהכניס עוד עתודות.
בסוף נובמבר נעצרה ההתקפה של הקורפוס הממונע ה-40 מול קרסניה פוליאנה. לקבוצת הפאנצר ה-3 (גנרל הות) היו עדיין כ-80 טנקים בדיוויזיות הפאנצר ה-1, ה-6 והה-7 שהוקצו, ואילו לקבוצת הפאנצר ה-4 (גנרל הפנר) נותרו בדיוויזיות הפאנצר ה-2, ה-5, ה-10 וה-11 כ-170 טנקים. קבוצת ארמיות מרכז רשמה 45,735 נפגעים ואיבדה עוד 300 טנקים ותותחים מתנייעים בקרבות בנובמבר. הדלק והתחמושת היו נדירים, אבל ב-2 בדצמבר הצליחו חיילי סיור מגדוד מהנדסי הפאנצר 62 להתקדם עד לפרבר צ'ימקי של מוסקבה (כ-8 קילומטרים לפני גבולות העיר). זו הייתה הנקודה הקרובה ביותר לקרמלין (23.7 ק"מ משם) אליה הגיע הוורמאכט. כמה גנרלים גרמניים טענו בזיכרונותיהם שניתן היה לראות את צריחי הקרמלין מעמדותיהם הקדמיות, אך נראה שהם התבלבלו, לאור המרחק, הפיתוח הצפוף של מרכז העיר והסוואה של צלליות הקרמלין, והכוונה הייתה לעיר איסטרה, כ-25 ק"מ ממוסקבה. במקום זאת, עיוותים מסוימים הזינו את הנרטיב שלאחר המלחמה של קרב על מוסקבה שכשל רק במעט. סוללות מבצר מוסקבה ירו כעת לתוך הכוחות הגרמנים המובילים. ההתקפות החדשות של ארמיית הפאנצר השנייה על טולה, שבוצעו בימים אלו בגזרה הדרומית נהדפו על ידי הארמייה ה-50 הסובייטית (לויטננט גנרל IW Boldin).
במערכה על מבואות מוסקבה הפגינו הכוחות הסובייטיים במקרים רבים נחישות וגבורה נואשת. אחד ממעשי הגבורה, שזכה בדיעבד לפרסום רב על ידי התעמולה הסובייטית, היה קרב בלימה שניהלה יחידה קטנה מדיוויזיית הרובאים ה-316, בפיקוד גנרל איוואן פאנפילוב באזור וולוקולמסק, נגד כוחות שריון גרמניים עדיפים. אמנם בדיעבד התברר שרוב פרטי סיפור הקרב, כפי שפורסמו בעיתונות הסובייטית, לא היו מדויקים (בלשון המעטה), אך הוא משקף את האווירה ששררה בקרב לוחמי הצבא האדום, שהשתתפו בקרבות המגננה הקשים במבואות מוסקבה, והבינו שאסור להם להמשיך לסגת ויש להגן על מוסקבה עד האיש האחרון.
אל מול תנאי מזג אוויר איומים והתנגדות סובייטית נחושה, ללא ציוד מתאים, בביגוד שאינו הולם (המחסור בביגוד מתאים לחורף היה קשה עד כדי כך שבגרמניה נערך מבצע לאיסוף בגדים מהאזרחים לכוחות הגרמניים בברית המועצות), בקרקע קפואה ומושלגת, קשה כסלע, נעצרה המתקפה הגרמנית.
מתקפת הנגד הסובייטית.
תכנון.
ב-25 בנובמבר הציג מרשל שפושניקוב לסטלין תוכנית למתקפת נגד. באזור מוסקבה כבר היו 21 מתוך 34 יחידות המזרח הרחוק, שמילאו תפקיד מכריע בתכנון. ביום זה הורה סטלין לארמייה ה-20 (אנדריי ולאסוב) ולדיוויזיות נוספות מהעתודה האסטרטגית של סטבקה להכין מתקפת נגד בקו החזית. הסטבקה הפעילה גם שתי ארמיות עתודה נוספות: ארמיית ההלם הראשונה (וסילי קוזנצוב) רוכזה כדי להגן על תעלת מוסקבה-וולגה באזור דמירוב והארמייה ה-10 (פיליפ גוליקוב) באזור ריאזאן. הדיווחים מהסיור האווירי על ריכוז כוחות באזור מוסקבה נחשבו על ידי ההנהגה הגרמנית כ"רוחות רפאים".