9月16日モスクワ攻略を目指すタイフーン作戦が発令され中央軍集団は西部戦線（司令官イワン・コーネフ）とブリャンスク戦線（司令官アンドレイ・エリョーメンコ）の包囲殲滅を試みた。ヴャジマ付近とブリャンスク付近で、二つの包囲戦を敢行してモスクワへの道を開き、南北から迂回してモスクワを占領するのが狙いだった。第2装甲軍がオリョールを奇襲して背後にまわりブリャンスクでエリョーメンコが指揮するブリャンスク戦線に属する第3、第13、第50軍の三個軍を包囲した。ヴャジマ西方では西部戦線に属する第16、第19、第20軍とボルディン作戦集団が包囲され合計81個師団がドイツ軍の包囲圏で孤立した。コーネフとエリョーメンコは諸軍を東方へと脱出させる為、必死に反撃し沼沢地や森林地帯を利用してなんとか包囲から抜けたが50万の兵を失っていた。ソビエトのモスクワ防衛線は崩壊し縦深陣地は蹂躙された。ジューコフは後に兵力の大半を失ったコーネフとエリョーメンコの作戦指導を厳しく批判している。一方でヴォロシーロフの不興を買い、軍法会議にかけられそうになったコーネフを救い、副官に迎えている。コーネフは自身の回顧録でジューコフは命の恩人だと述べる一方で、ジューコフを西部戦線に推薦したのは自分だと証言している。後に功績を競い合うライバルとなるコーネフと共闘したのはモスクワの戦場が初めてだった。10月はじめレニングラードにいたジューコフはモスクワに呼び戻された。西部戦線の視察を命じられたジューコフは西部戦線司令部に赴き、情勢をスターリンに報告した。ジューコフ ：最大の危機はモスクワへ通じる道路が事実上の無防備状態にあることです。スターリン ：それでブジョーンヌイの予備軍は何をしているのだ？ジューコフ ：包囲されています。スターリン ：これからどうするつもりだ？ジューコフ ：ブジョーンヌイ将軍のところに行ってみます。スターリン ：それで、ブジョーンヌイの司令部の位置はわかっているのか？ジューコフ ：いいえ、だが、さがしてみますスターリンは念を押すため、ゲオルギー・マレンコフとモロトフを西部戦線司令部に派遣した。ジューコフはブジョーンヌイを探したがなかなか見つけられなかった。マロヤロスラヴェツまで来た所で、ようやくブジョーンヌイのジープを見つけ、地区ソビエトで指揮していた元帥と出会うことが出来た。二人は抱擁しあって再会を喜んだ。翌朝スターリンは、ジューコフに西部戦線司令部に戻り、指揮するよう命じた。西部戦線とブリャンスク戦線の壊滅によりモスクワ正面を守る兵力はモジャイスク防衛線戦線のみとなっていた。10月6日ジューコフはブジョーンヌイ元帥に代わって予備戦線司令官に就任した。この危機をのりきるためスターリンは予備戦線と西部戦線を統合、ジューコフを新設した西部戦線司令官に任命、モスクワ防衛の全権を委ねた。一方で、スターリンはジューコフにもしモスクワが落ちるようなことがあれば、お前もコーネフの首も飛ぶだろうと恫喝した。モロトフもジューコフに電話をかけ、退却をやめないと銃殺すると脅かした。ジューコフがもっといい考えがあるなら、ぜひ代わって指揮をとってもらいたいと答えると、モロトフは電話を切った。ジューコフはスターリンや側近達の恫喝にはまるで動じなかった。二人の会話を見た党員は「（ジューコフは）まるで上官のように高飛車な口調で話しかけていたが、スターリンはそれを容認していた。」と証言している。モジャイスク戦線、ブリャンスク戦線の残存部隊、スタフカ予備が西部戦線に編入されたが、ジューコフの手元には90万の戦力しかなかった。ジューコフはレニングラードの時と同じく、非情なまでの規律を求め、浮き足だつ守備軍を立て直した。許可なく撤退、降伏する臆病者や錯乱者は即刻射殺すると宣言、高級士官にも厳しく対応し、一人の師団長と一人の政治委員を許可なく撤退した罪で射殺した。モジャイスク防衛線を視察した後、ジューコフはヴォロコラムスク～モジャイスク～マロヤロスラヴェツ～カルーガの線に縦深的な防御陣地を建設することを決定した。当時モジャイスク防衛線には軍学校のわずかな守備部隊しか配置されていなかった。スタフカは新編成の機関銃5個大隊と対戦車砲10個連隊、それに戦車5個旅団を配属した。さらに西部戦線や予備戦線の諸部隊、南西戦線から派遣された部隊、奥地の軍管区で動員された予備隊がモジャイスク防衛線に集まった。ジューコフは西部戦線司令部で増員された諸部隊や資材を整理して適材適所に配置し、機動予備が可能な予備隊を抽出する作業に追われた。司令部に勤務するメンバーは疲れと睡眠不足から文字通り倒れる寸前だったという。ジューコフは消耗した部隊を後方に下げ、ヴォロコラムスク、イストラ、モジャイスク、マロヤロスラヴェツ、それにポドリスク～カルーガ地区に砲兵と対戦車砲部隊の主力を集中した。第一線陣地の後方地区では、多くの築城工事が行われ、戦車攻撃に対して弱い地区は、すべて戦車障害地帯がつくられた。主要な戦線に対しては予備隊が配置された。ヴォロコラムスク～モジャイスク～マロヤロスラヴェツ～セルプホフの防衛線はすでにドイツ軍が浸透していたので、主防衛陣地帯は後方に下げられた。ドイツ軍の攻勢力は日ごとにおとろえ、10月下旬までにツルギノボからヴォロコラムスク～ドロホボ～ナロフォミンスク～セルプホフの西をへてアレクシンにわたる戦線で食い止められた。その間にジューコフは防衛線を整理し、新設部隊、装備品、武器、弾薬、通信器材、補給品などを補充し再攻勢に備えた。11月15日中央軍集団は攻勢を再開、クリン地区、ポロコラムスク地区からイストラ地区に侵入しモスクワを目指した。スターリンはジューコフを呼び、モスクワは持ちこたえられるか？と質問した。ジューコフは、2個軍団と戦車200両が必要だと答え、スターリンは2個軍団の手配のみ約束した。ジューコフはドイツ軍が攻勢を停止している間に、24万の兵員、砲1254門、戦車502両の兵力を集め、600機の支援航空機を用意していた。カリーニン～クリン～モスクワの街道をめぐり、両軍の死闘が繰り広げられた。ロコソフスキーの第16軍と第30軍が第3装甲軍の突撃で分断されると、ジューコフはロコソフスキーの副官サハロフ少将に2個狙撃師団と2個狙撃旅団を与え、間隙を埋めるよう命じた。両軍の連隊がわずか200人に減衰するほどの激しい戦いが続いたが、24日にクリンが陥落した。ジューコフはヴォロコラムスク～クリン地区とイストラ地区に、トゥーラ～セルプホフ地区に戦車師団と狙撃師団の予備隊を配置し攻撃に備えていた。クリン地区は突破されドイツ軍はソルネチノゴルスク地区に侵入したが、ロソコフスキーが各地から集めた予備隊の総力を挙げて反撃し前進を食い止めた。ジューコフはロコソフスキーにイストラ地区の死守を命じたが、第16軍はジリジリと後退していた。最高総司令部は第1打撃軍、第20軍など戦略予備軍をモスクワ＝ヴォルガ運河に投入し、ロコソフスキーを支援した。11月末までにジューコフの機動兵力は3個戦車師団、3個自動車化狙撃師団、12個騎兵師団、14個独立戦車旅団まで減衰した。一方でドイツ軍の機動兵力もやせ細っていた。トゥーラを包囲した第2装甲軍の先鋒エーベルバッハ旅団の稼働戦車はわずか50両に落ち込んでいた。トゥーラ地区では第50軍の反撃によりグデーリアンの攻勢が阻止され、ドイツ軍の攻勢は限界を迎えていた。ヴャジマ陣地と違いジューコフの作った各種陣地には十分な縦深があり、各狙撃軍には2個～3個の狙撃師団と騎兵や戦車の機動予備が控えていた。またジューコフはドイツ軍の進撃が予想される街道に、各種支援兵科を集中して配置、20個対戦車砲連隊のうち13個を第16軍と第49軍という最も危機に瀕している部隊に割り当てた。11月末、ジューコフはベロフ少将の第2騎兵軍団に2個独立戦車大隊、戦車師団の半分、1個野戦工兵連隊、高射砲隊、ロケット砲連隊の増援を送り、トゥーラ地区での反撃を命じた。ベロフは騎兵の浸透に成功、第17装甲師団を押し返し、トゥーラ地区の脅威を取り除くことに成功した。モスクワ街道を東進していたドイツ第4軍も第1自動車化狙撃師団の組織的抵抗に阻止され、12月5日までに中央軍集団の攻勢は全て阻止された。ジューコフは赤軍がドイツ軍を阻止出来た理由として機甲部隊の過大評価を指摘している。中央軍集団は歩兵を欠いた機甲部隊でのみの攻勢を行い、各地の対戦車陣地帯に阻止され甚大な被害を受けた。また中央軍集団は十分な戦力を保持しながら戦線正面に攻勢をかけなかったので、赤軍側は戦力を拘引されず自由に予備兵力を動かせたことも指摘し、ドイツの敗因は作戦指導にあると述べた。味方に対しては西方正面の部隊の防勢作戦を組織するという大仕事を指揮した参謀総長代理ヴァシレフスキー中将の功績を評価している。ドイツ軍は戦略予備も戦術予備も出し尽くし全ての地区で食い止められた。武装親衛隊のダス・ライヒ自動車化師団の報告によると、11月19～20日の戦闘は、東方における全作戦中で、最もはげしく最も損害の多かった戦闘であったという。