u savunma düzeni henüz tam olarak hazır değildi. Dahası Alman saldırı planından oldukça geç haberdar olundu. Sovyet birlikleri, genel bir savunma alarmına ancak 27 Eylül'de geçebildi. Öte yandan yeni Sovyet tümenleri Volga'da, Asya'da ve Urallar'da teşkil ediliyordu, ancak muharebeye sürülmeleri birkaç aylık bir süre gerektirecekti.

Eylül ayı başlarında Moskova savunmasında yer alan Kızıl Ordu tümenlerinin ortalama mevcudu 3 bin kadardır.

General İvan Konev komutasındaki Batı Cephesi, kuzeyden güneye 22. Ordu, 29. Ordu, 30. Ordu, 19. Ordu, 16. Ordu ve 20. Ordu düzeninde yaklaşık 340 km.lik bir cephe hattını tutmaktadır. Mareşal Budyenni'ni İhtiyat Cephesi emrindeki 24. Ordu ve 43. Ordular 95 km.lik cephe hattında, 31. Ordu, 32. Ordu, 33. Ordu ve 49. Ordular geride bulunmaktadır. Savunmanın güney kanadında ise General Yeryomenko'nun Bryansk Cephesi kuvvetleri bulunmaktadır. Kuzeyden güneye 50. Ordu, 3. Ordu, 13. Ordu ve Ermakov Operatif Grubu olarak 290 km.lik bir cephe hattında mevzilenmiştir. Bu birliklerin çoğu savaşın başından bu yana çatışma içindedir. Bir kısmının karargahı tutsak edilmiş, bir kısmının karargahı da birkaç kez kuşatmayı yarıp kurtulmayı başarmıştır.

Ancak savaşın bu devresinde Kızıl Ordu'nun ikmal sorunları daha da ağırlaşmıştı. Mühimmat, benzin, uçak yakıtı ve nakliye araçları, önceki muharebelerde büyük ölçüde harcanmıştır. Öte yandan Alman generallerin tanıklık ettiklerinin tersine, belirgin bir kışlık giysi açığı vardır.

Moskova savunmasına katılan Kızıl Ordu askerleri, ülkenin batısındaki askerlerin yüzde kırkını oluşturmaktadır. Bu birlikler, 193 bini yeni silah altına alınan askerler olmak üzere toplamda 1.250.000 kişidir. 83 piyade tümeni, 2 mekanize tümen, 9 süvari tümeni ve toplam 13 tank tugayı. Tümenlerin savunmadaki yerleri ise, 66 piyade tümeni cephe hattında, 17 piyade tümeniyle 7 tank tugayı ikinci kademededir. Diğer birlikler, 12 piyade tümeni ve 6 tank tugayı ihtiyat olarak tutulmaktadır. Tüm bu birliklerde 990 tank, 7.600 top ve havan ile 863 uçak bulunmaktadır.

Moskova genel taarruzuna katılacak Alman kuvvetleri 2. Panzer Ordusu, 3. Panzer Grubu, 4. Panzer Grubu, 4. Ordu ve 2. Ordu'dur.

Moskova savunmasında üç Sovyet "Cephe"si yer almıştır. Batı Cephesi, Bryansk Cephesi ve İhtiyat Cephesi. Batı Cephesi Mareşal Semyon Timoşenko komutasında idi. Ancak 10 Ekim'de Stalin'in emriyle Georgi Jukov komutayı devralmıştır. Bryansk Cephesi Andrey Yeryomenko, İhtiyat Cephesi ise Mareşal Semyon Budyonni komutasındadır. Bu üç "Cephe"nin toplam kuvveti 1.250.000 erat ve subay, 7.600 top ve havan, 990 tanktır.

Alman taarruzu sol kanatta 3. Panzer Grubu ve 9. Ordu ile Duhovşçina bölgesinden, 19. ve 30. ordular arasından vurdu. Kısa bir süre sonra, 49. Ordu cephesini de yararak 20–30 km. ilerleme sağlandı ve harekâtın dördüncü gününde, 6 Ekim'de 56. Panzer Kolordusu'yla Viyazma'ya ulaşdı. Aynı sırada taarruzun merkez kesiminde 4. Panzer Grubu ve 4. Ordu, 24. Ordu ve 43. Ordu savunmasını, ardından 33. Ordu cephesini yardı. Kuzeye keskin bir dönüş yapan 40. Panzer Kolordusu 3. Panzer Grubu'yla Viyazma yakınlarında birleşti. Bu kuşatma çemberi Sovyet 19., 20., 24. ve 32. Orduları çok geniş bir bölgede kuşatmış oldu. Söz konusu Sovyet orduları, kuzeylerindeki ve güneylerindeki Alman yarmasıyla kuşatılmamak için geri çekilmişlerdi. Viyazma batısındaki bu kuşatma 10 Ekim'de tamamlandı. Bu sırada 3. Panzer Grubu Komutanı General Hoth, Güney Ordular Grubu'nun 17. Ordu'su Komutanlığına atandı, yerine general Hans Georg Reinhardt atandı.

Sovyet Batı Cephesi ve İhtiyat Cephesi kuvvetlerinden kuşatma dışında kalanlar, Mozhaisk civarına çekilmeyi ve bu kesimde hatlarını pekiştirdiler. Alman kuvvetlerince kuşatma altına alıınan bölge başlangıçta kabaca 75 km.'ye 35 km.lik bir alandı. Muharebenin ilk üç günü geçtiğinde 20 km.ye 20 km.lik bir alan olarak daraldı. Bununla birlikte kuşatılan Kızıl Ordu birlikleri tümüyle imha olmadılar. Müfrezelerden tüm bir piyade tümenine kadar değişen büyüklükte birlikler gruplar halinde kuşatmadan sıyrılmayı başardılar. Örneğin ilk birkaç günlük süre içinde General Boldin, beraberinde 85 bin kişilik bir kuvvetle, fakat tüm ağırlığını geride bırakarak çemberi yarıp çekilmeyi başardı. Daha önceki kuşatmalarda olduğu gibi burada da Kızıl Ordu birlikleri kuşatıldıkları için silah bırakmadılar. Tam tersine Alman kuvvetlerine inatla karşı koydular. Alman Komutanlığı bu kesimdeki Sovyet birliklerini imha edebilmek için, esasen Moskova yönündeki ilerlemeleri için şiddetle gerek duydukları 28 tümeniik bir kuvveti burada kullanmak zorunda kaldı. Öte yandan Viyazma civarındaki uzun süren direnme, Stavka'ya Moskova yönündeki savunmayı takviye etmek üzere dört orduyu hızla bölgeye getirmek ve Uzakdoğu'dan üç piyade tümeni ile iki tank tümeni sevk etmek için zaman kazandırmıştır. Bölgeye getirilen ordular 5. Ordu, 16. Ordu, 43. Ordu ve 49. Ordu'dur. Bazı kaynaklarda "Viyazma Cebi Muharebesi" olarak geçem bu muharebede Sovyet Batı Cephesi ve İhtiyat Cephesi kuvvetleri 25 piyade tümeni ve 5 tank tugayı yitirdiler.

3. Panzer Grubu'nun 9. Ordu'dan piyade birlikleriyle desteklenen sol kanatı Viyazma'dan Kalinin yönünde bir taarruza girişti ve duraksamadan kenti 14 Ekim'de aldı. Böylece Moskova'nın uzak kuzeyden kuşatılması için elverişli bir durum oluştu. Stavka bu ilerlemeyi durdurmak için 17 Ekim'de General İvan Konev komutasında Kalinin Cephesi'ni kurmuştur. Bu yeni "Cephe"nin faaliyetleri Alman 9. Ordusu'na bağlı kuvvetleri durdurmayı başardı ve doğrudan Moskova yaklaşımına yönelmelerini engelledi.

Cephenin kuzey kesimindeki Alman başarıları, Sovyet komutanlığını birliklerini Volokolamsk - Dorohov - Narofominsk hattındaki yeni bir savunma durumuna çekmeye zorladı. Bu yeni savunma durumunda Sovyet birliklerinin yerleşimi şöyledir. Volokolamsk yönü General Rokossovski'nin 16. Ordusu, Mozhaisk yönü General Dmitri Leluşenko'nun 5. Ordusu, Maloyaroslavets yönü General İvan Golubyev'in 43. Ordusu, Kaluga General Konstantin Zaharkin'in 49. Ordusu ve Narofominsk General Mihail Yefremov'un 33. Ordusu. En şiddetli çatışmalar Volokolamsk kesiminde oldu. Alman kuvvetleri 27 Ekim'de bu kesimde durduruldular. Rokossovski'nin anılarını topladığı kitabı, Bir Askerin Görevi: ""16 Ekim sabahı düşman zırhlı ve motorize birlikleriyle ordumuzun sol kanadına yüklendi. Tam buradan beklliyorduk ve çok dikkatli hazırlanmıştık. Sadece bu kesimde düşman dört tümen -iki zırhlı ve iki motorize- toplamıştı, toplamda 200 den fazla tank. Esas taarruz General İvan Panfilov'un 316. Tümen'i üzerine yüklendi. O'nun ileri hatları Volokolamsk yolundan 12 - 15 km. ilerdeydi. Naziler sık düzende piyade avcı hatlarının önünde 30 - 50 tanklı güçlü gruplarla, topçu ve hava desteğiyle saldırdılar. İyi düzenlenmiş savunmayla karşılaşan düşman, yeniden saldırmak için geri çekildi. Ağır kayıplara uğradı ve ihtiyatlarını savaşa sürmek zorunda kaldı. Çatışmalar yavaş yavaş tüm 16. Ordu cephesi boyunca yayıldı."" 

Sovyet savunmasının aşılamaması üzerine Luftwaffe kenti yoğun biçimde bombalamaya çalıştı. Ancak son derece başarılı bir hava savunması tüm hava akınlarını püskürtmeyi başardı. 2. Hava Kolordusu sadece Ekim ayında 31 hava akını düzenlemiştir. Bu hava akınlarının 2 bin çıkışından sadece 72 uçak Moskova üzerine bomba bırakmayı başarabilmiştir.

Taarruzun güney kanadının Tula önlerinde durdurulması Tayrun Harekâtı'nı Ekim ayı sonlarında çıkmaza sokmuştur. Bu durum üzerine Alman komutanlığı, Volokolamsk yönündeki esas taarruz ekseninde kuvvetlerini yeniden tertiplemek için taktik duraklama kullandı. Volokolamsk - Klin ekseni üzerinde ilerlemek için 3. Panzer Grubu'nu bölgeye kaydırıldı. Bu duraklama Sovyet komutanlığının da geriden ihtiyatları getirmek ve mevzileri pekiştirmek için zaman kazandırdı. Bu kısa süre içinde yoğun bir istihkam çalışması yürütüldü. Ağır bir topçu ateşi ve hava bombardımanı ardından 15 Kasım'da 3. Panzer Grubu unsurları Klin yönünde ilerlemelerine yeniden başladılar. Ertesi gün 4. Panzer Grubu Rokossovski'nin 16. Ordu'sunun aynı kanadına yüklendi. Taarruz, General Panfilov'un 316. Piyade Tümeni ve General Lev Dovator'un operatif grubu'nun mevzilenmiş olduğu bölgeye yönelmiştir. Özellikle General Panfilov tümeni kesiminde son derece inatçı bir direnme sergilendi. Panfilov'un Siyasi Komiser'i Vasili Kloçkov'un ifadesiyle ""Rusya büyük, fakat çekileceğimiz bir yer yok. Arkamız Moskova."" sözleri, tüm ordu ve ülke tarafından slogan edinildi. Kloçkov ve hemen hemen tümü ölen 28 adamı, 18 Kasım'da 18 panzeri savaş dışı bırakarak Alman ilerlemesini bir süre için durdurmayı başardılar. Tüm bunlara karşın 3. Panzer Grubu şiddetli çatışmaların sonucunda Klin'i 19 Kasım'da, Istra'yı da 27 Kasım'da aldı.

Genel taarruz güneyde General Guderian'ın Gluçov - Şostka hattından çıkan taarruzuyla 30 Eylül'de başladı. Ancak bundan önce Guderian, asıl taarruzuna başlamadan önce sağ yanını emniyete almak için 48. Panzer Kolordusu'nun bazı birlikleriyle Summy - Nedrigailov yönünde bir taarruz girişiminde bulunmuştur. Ancak bu girişim, bölgedeki Kızıl Ordu savunmasını atmakta başarılı olamadı ve 29 Eylül'de taarruz çıkış hatlarına geri çekilmek zorunda kaldı.

Güneyde Bryansk civarında Sovyet savunması Viyazma'ya göre biraz daha başarılıydı. Kuşkusuz bunda, taarruzun daha erken başlamış olmasının etkisi vardır ancak, Stavka bu kadar geç bir tarihte böylesi bir genel taarruz beklemiyordu. General Guderian'ın taarruzu, tüm Sovyet savunmasını bir bakıma gafil avlamışdı. General Guderian'ın asıl taarruzu Glukhov üzerinden Orel genel istikametinde başlamıştır. 2. Panzer Ordusu, kuzey kanatta 47. Panzer Kolordusu, merkezde 24. Panzer Kolordusu, Sovyet 13. Ordusu ile Ermakov Grubu arahattını vururken sağ kanatta da 48. Panzer Kolordusu Ermakov Grubu mevzilerine yüklendi. General Guderian emrindeki iki piyade kolordusu, 34. Piyade Kolordusu sağ kanattan, 35. Piyade Kolordusu ve 1. Süvari Tümeni ise sol kanattan taarruza ikinci kademe olarak katılmışlardır. Sisli ve yer yer yağmurlu bir gündü, Luftwaffe'nin hava desteği