הרכבת התחתית של מוסקבה המשיכה לפעול כמתוכנן רק במספר מסלולים חשובים. לאורך המסילות הוצבו לוחות עץ והתחנות התת-קרקעיות ופירי הרכבת הוסבו למקלט ענק מפני התקפות אוויר לאוכלוסייה האזרחית של מוסקבה. כל מוסקובי שלא היה מעורב איכשהו בהגנה אווירית היה צריך ללכת למרתף. המפרים נענשו בקנסות או מאסר. במהלך התקפת הלילה הראשונה של הגרמנים, חודש בדיוק לאחר תחילת המלחמה, טסו המטוסים הגרמנים בפעם הראשונה והיחידה בגובה נמוך מאוד מעל מוסקבה. בלילה הראשון הם הגיעו בדרך כלל לגובה של 300 מטר. לאחר מכן שינו הגרמנים טקטיקה והפציצו את מוסקבה מגובה רב. עם זאת, מספר המפ~~~~~ הגרמנים שתקפו ירד מתקיפה למתקפה. ב-22 ביולי 1941 תקפו 127 מטוסים את מוסקבה, לילה אחד לאחר מכן היו 115, ובליל ה-24 ביולי 100 מטוסים. עד סוף 1941, פחות מעשרה מטוסי He 111 ו-Ju 88 היו בשימוש ב-59 מתוך 76 פשיטות על מוסקבה.
במוסקבה נעשו הכנות לאפשרות של קריסה פתאומית של החזית או נחיתה של צנחנים. לשם כך רוכזו גדודי צלפים סובייטיים וחטיבות קומסומול במחנות צבאיים. כל מערכת ההגנה, מה שנקרא אזור ההגנה של מוסקבה, ניתנה לפיקוד המחוז הצבאי של מוסקבה (בפיקודו של לוטננט גנרל פאבל ארטמייביץ' ארטמייב) לה היה כפוף גיוס האוכלוסייה לעבודות ביצורים וכן הקמה וחימוש של גדודי פועלים. ארטמייב היה אחראי גם על ייצור תעשייתי, תחבורה, תקשורת ואספקת מזון לאוכלוסייה. לפיכך, התפקידים החיוניים העיקריים של הבירה היו בידי הצבא, ליתר דיוק ה-NKVD.
המתקפה הגרמנית על מוסקבה.
קרבות ויאזמה ובריאנסק.
קבוצת הפאנצר ה-2 החלה את המתקפה ב-29 בספטמבר והייתה אמורה להתחיל את מתקפת המלקחיים מדרום-מערב מאזור גלוכוב. חייליו של גודריאן נאלצו לעבור את המרחק הארוך ביותר של למעלה מ-600 ק"מ דרך אוריול, טולה למוסקבה. במקביל, החלה קבוצת ארמיות דרום לתקוף את קורסק, חרקוב ואגן דונייץ.
עם עלות השחר ביום הראשון של המתקפה, הוקרא לחיילים הגרמנים צו היום של היטלר, המודיע על תחילתו של הקרב המכריע האחרון של השנה, תוך התייחסות לסכנה הגדולה "שלא הייתה איומה יותר ביבשת מאז ימי ההונים ומאוחר יותר הפלישות המונגוליות".
ב-2 באוקטובר 1941 בשעה 05:30 בבוקר כ-350 ק"מ ממוסקבה מצפון לדרום: ארמייה 9 (שטראוס), קבוצת פאנצר 3 (הות), קבוצת פאנצר 4 (הפנר), ארמייה 4 (פון קלוגה), קבוצת פאנצר 2 (גודריאן) וארמייה 2 (פון וייכס). הכוונה הייתה להתקדם משני צידי הכביש סמולנסק-מוסקבה ולכתר את מוסקבה, כאשר קבוצת הפאנצר ה-3 תתקדם מצפון וקבוצת הפאנצר ה-4 תתקדם מדרום למה שנקרא "Rollbahn", הכביש הראשי בין מוסקבה לסמולנסק, אשר הורחב חלקית לארבעה נתיבים. עם זאת, חלק מקטעי המסלול עדיין היו מורכבים מנתיבי עפר לא מרוצפים או אבנים מרוצפות.
בנקודת זמן זו, היחידות הממונעות של מרכז קבוצות הצבא היו רק כ-30-40% ממספרם. אספקת הכוחות עוררה בעיות עבור הוורמאכט, שכן מסילת הברזל הסובייטית תוכננה לטווח רחב ולכן היה צורך להתאים את המסילות תחילה. בנוסף, יכולות התובלה של ה-Deutsche Reichsbahn הגיעו לגבולותיהן, והוחמרה על ידי פשיטות של פרטיזנים סובייטים.
ב-3 באוקטובר נכבשה העיר אוריול על ידי הקורפוס הממונע ה-24 של קבוצת הפאנצר ה-2 באופן כה מפתיע עד שהרכבות החשמליות בעיר עדיין פעלו. פינוי מתוכנן ברור של מפעלי התעשייה לא יכול היה להתבצע עוד. בין המפעלים לתחנת הרכבת נפרשו לאורך הרחובות מכונות וארגזים עם כלי עבודה וחומרי גלם. ממערב, הארמייה הגרמנית השנייה התקדמה מזרחה מאזור פוטשפ והתכתשה עם הכוחות הקדמיים של הארמיות ה-3 וה-13 הסובייטיות. לאחר שדיוויזיות הפאנצר ה-17 וה-18 התקדמו לכיוון צפון מערב נכבשה בריאנסק ב-6 באוקטובר והארמייה ה-50 הסובייטית שנפרסה מצפון מזרח לעיר כותרה. גנרל גאורגי ז'וקוב הוחזר מלנינגרד על ידי סטלין וקיבל את הפיקוד על ההגנה על מוסקבה. למחרת נסגר כיס נוסף סביב הארמיות ה-16, ה-19, ה-20, ה-24 וה-32 של ברית המועצות בוויאזמה. ועדת ההגנה של ברית המועצות קיבלה את ההחלטה להקים עמדת הגנה חצי-עגולה במרחק של כ-15 עד 20 ק"מ ממוסקבה, שאמורה להיות מורכבת ממספר קווי הגנה. כמו כן, ב-7 באוקטובר, היטלר אסר כל קבלת הצעת כניעה על ידי מוסקבה. ב-8 באוקטובר הודיע ראש העיתונות של הרייך אוטו דיטריך לעיתונות המקומית והזרה כי "מלחמת רוסיה הוכרעה עם ריסוק קבוצת צבא טימושנקו" וכי ברית המועצות הובסה.
ב-14 וב-17 באוקטובר, בהתאמה, נכנעו הכוחות המכותרים בוויאזמה ובריאנסק. ה-OKW דיווח על השמדת 80 דיוויזיות; 663,000 שבויים נלקחו, 1,242 טנקים ו-5,412 תותחים הושמדו או נתפסו.
ארגון מחדש של ההגנה הסובייטית.
על מנת לארגן מחדש את מערך ההגנה הסובייטי ממערב למוסקבה, פורקה חזית העתודה ב-10 באוקטובר והארמיות שלה צורפו לחזית המערבית, וגאורגי ז'וקוב קיבל את הפיקוד על החזית המערבית וכן על הגנת מוסקבה.
בשלב זה כללה החזית המערבית 6 ארמיות, עם 62 דיוויזיות רובאים, 9 דיוויזיות פרשים ו-11 בריגדות טנקים:
ב-12 באוקטובר, יחידות של הארמייה הגרמנית הרביעית כבשו את קלוגה. בערך באותו זמן החלה באזור מוסקבה תקופת הבוץ (Rasputiza), שגרמה להאטה ניכרת בקצב ההתקדמות של הכוחות הגרמניים, וכוחות הוורמאכט ניתקלו לראשונה ביחידות סובייטיות, שהגיעו למרחב מוסקבה מהמזרח הרחוק. ב-14 באוקטובר, הקורפוס הגרמני ה-6 של הארמייה התשיעית לכד את רז'ב בחציית הוולגה. מימין לכך, בהתקדמות לצפון-מזרח, כבש הקורפוס הממונע ה-41 ב-14 באוקטובר את קלינין. באגף הימני של החזית המערבית, הארמיות הסובייטיות ה-22, ה-29 וה-30 הוצבו ב-17 באוקטובר תחת פיקוד חזית קלינין, ואיוואן קונייב קיבל את הפיקוד על החזית החדשה. ב-23 באוקטובר הועברה גם הארמייה ה-31 מהחזית המערבית לחזית קלינין.
ב-14 באוקטובר הגיע חוד החנית של הקורפוס הממונע ה-46 למוז'איסק, וחדרו את מערך ההגנה החיצוני של מוסקבה, שהשתרע לרוחב כמעט 300 ק"מ, מקלינין דרך וולוקולמסק לקלוגה. בתחילה הוטל על הארמייה ה-33 הסובייטית לבנות מערך הגנה באזור מוז'איסק, אך כוחותיה הועברו במהרה לחזית המאוימת בין רז'ב וויאזמה. גנרל לליושנקו פיקד אז על גזרה חשובה זו עם יחידות מיליציה ממוסקבה, והארמייה החמישית שהוקמה לאחרונה מכוחות קורפוס המשמר ה-1. דיוויזיית הרובאים ה-32, שצורפה לכוחות הארמייה, הגנה על הגזרה המרכזית של מערך ההגנה הסובייטי סמוך לבורודינו עם כ-12,000 איש וסייעה ליחידות המיליציה של מוסקבה בהגנה על הגישות למוז'איסק. ב-14 באוקטובר החלו קרבות קשים שנמשכו מספר ימים בשדה הקרב ההיסטורי של בורודינו, בו פגשה דיוויזיית הפאנצר אס אס ה-2 כוחות עילית סיביריים טריים וב-17 באוקטובר הצליחה לכבוש את הכפר גורקי. דיוויזיית הפאנצר ה-10 הצליחה לפרוץ בקרבות אלו באוטיזי, לתפוס את פסארבו בדרום ולכבוש את מוז'איסק ב-18 באוקטובר. באותה תקופה, הארמייה ה-16 הגנה עם שתי דיוויזיות פרשים בפיקודו של גנרל לב דובאטור, דיוויזיית הרובאים ה-316 בפיקודו של גנרל איוואן פאנפילוב, רגימנט צוערים בפיקודו של קולונל ס. מלדנצב ודיוויזיית הרובאים ה-18 של המיליציה בפיקודו של גנרל פ. צ'רנישב, שהוקמה מפועלי מוסקבה. הארמייה ה-43 הסובייטית הבטיחה את עמדת המגן במאלוארוסלבץ, הארמייה ה-49 בקלוגה והארמייה ה-50 החלה להתגבש בטולה.
בין ה-16 ל-18 באוקטובר פרצה בהלה המונית בקרב אוכלוסיית מוסקבה לאחר שהתבשרה לראשונה על האיום הנשקף מהגרמנים, ושמועות על מבקע גרמני שהביא את טור השריון עד למוסקבה עצמה הביאו לכדי בהלה המונית בעיר. בשלב זה כמעט שני מיליון בני אדם פונו מהעיר. במחוזות העיר הוקמו גדודי פועלים. יצירות אמנות רבות מהמוזיאונים ומהקרמלין - אפילו גופתו החנוטה של לנין - הועברו מזרחה לעיר למקום מבטחים. למעלה מ-200,000 עובדים עזבו את העיר עם ציוד העבודה שלהם. רוב העסקים עמדו במקום, חנויות ובתי כלבו רבים נבזזו, וחלקים גדולים מהאוכלוסייה ניסו לעזוב את העיר. ב-19 באוקטובר, הוטל משטר צבאי על מוסקבה ויחידות חסימה של ה-NKVD, בפיקודו של לוטננט גנרל פאבל ארטמייב, הוצבו ברחבי העיר. מורדים נורו, עריקים נתלו. ביום זה ריכרד זורגה נעצר בטוקיו על ידי המשטרה החשאית היפנית Tokō. עם מפעיל הרדיו שלו קלוזן (שם קוד פריץ), הוא שידר למוסקבה מאז 1939 סך של 141 דיווחים עם יותר מ-65,000 מילים ושלח מספר רב של מיקרופילמים באמצעות שליח. בינתיים, כל הרשויות החשובות, הפוליטביורו וכמעט כל הדיפלומטים הזרים פונו ממוסקבה לקויבישב. סטלין והסטאבקה נשארו בעיר. הרדיו הרוסי הודיע כי על אף חומרת המצב החליט סטלין להישאר בעיר. כאשר חלפה הבהלה, היו תושבי העיר הנותרים מאוחדים בהחלטה לעצור את הגרמנים בגופם. עשרות אלפי מתנדבים חפרו בקור המקפיא תעלות נגד שריון במבואות מוסקבה. גדודי מתנדבים חומשו בנשק והושלכו אל החזית. במשימה סודית הוכנה מוסקבה להריסה על ידי שתי חברות של מומחי כרייה. בינתיים, 500,000 תושבי מוסקבה, רובם נשים, הקימו ביצורים מול מוסקבה.
תקופת התקפות נגד ובוץ.