10月底，希特勒集中51個師，包括13個坦克師和7個摩托化師的兵力，再次強攻莫斯科。此時，莫斯科的形勢萬分危急!
為了保衛莫斯科，蘇聯軍民發揚了殊死作戰精神。前線：紅軍官兵死守每一處村鎮、渡口、製高點，與德軍反複拚殺，且戰且退，消耗德軍實力。後方：工人、婦女及其他非戰鬥人員全民動員，組成了12個民兵師，支援前線作戰。
幾十萬莫斯科婦女和少年，不分晝夜地修建莫斯科環城防禦工事，在兩個月內挖掘、修建了幾十萬米長的防坦克壕、戰壕、交通壕及各種阻敵障礙、設施。兵工廠的工人加班加點，為前線生產槍支彈藥。
這時候，整個莫斯科成了一座與德軍拚搏的大軍營。希特勒調兵遣將，敦促博克從地麵進攻莫斯科。
希特勒的新計劃是：霍普納的第4坦克集團軍與霍特的第3坦克集團軍並攏，在施特勞斯第9集團軍的配合下向沃洛科拉姆斯克、克林方向進攻，準備從西北方接近並迂回包抄莫斯科，如有可能從北麵突破。古德裏安的第2坦克集團軍向高圖拉、卡希拉、科洛姆納進攻，從南麵逼近莫斯科。莫斯科以西寬大的正麵，由德第4集團軍實施攻擊。
對於這個計劃，希特勒極為滿意，很快向部隊下達了指令：從11月13日起，全線進攻，目標——莫斯科!
1.加裏寧戰役。
加裏寧州位於俄羅斯伏爾加河上遊。莫斯科到聖彼得堡的鐵路縱貫加裏寧州全境，伏爾加河從西向東流經全州，水陸交通便利。
1941年秋，朱可夫組織加裏寧方麵軍進行了加裏寧防禦戰，成功地阻擋了德軍在謝利紮羅沃和托爾若克方向的攻勢，牽製了德軍13個師，使其難以調到莫斯科郊外參戰。
1941年10月14日，德軍裝甲部隊占領了加裏寧市。10月17日，蘇軍第22、第29、第30、第31集團軍組建了加裏寧方麵軍，科涅夫上將出任司令（1941年10月至1942年8月）。後來，在不同時期編入加裏寧方麵軍的有第20、第39、第41、第43、第58集團軍，突擊第3、第4集團軍，空軍第3集團軍。
德軍想從加裏寧地區向東南迂回攻擊蘇聯西北方麵軍和西方麵軍後方，這個陰謀被粉碎後，10月底至11月初，德軍第2坦克集團軍向圖拉方向發動了進攻，由於蘇軍英勇奮戰，德軍第2坦克集團軍的進攻也失敗了。
截止到12月4日，德軍占領了謝利紮羅沃，從加裏寧市、伏爾加水庫挺進到伏爾加河一帶。
2.莫紮伊斯克-小雅羅斯拉韋茨戰役。
莫紮伊斯克-小雅羅斯拉韋茨戰役是西方麵軍為了阻止德軍進攻莫斯科，在莫斯科保衛戰過程中實施的防禦戰。
莫紮伊斯克位於莫斯科州，它在莫斯科以西約110公裏處。在拿破侖大軍入侵俄國時，莫紮伊斯克是保衛莫斯科的戰略要地，著名的博羅季諾戰役就發生在距離莫紮伊斯克12公裏處。
1941年10月10日，西方麵軍預定由150個營布防的防線隻有45個營。因兵力嚴重不足，朱可夫大膽收縮兵力，決定重點堅守沃洛科拉姆斯克、莫紮伊斯克、小雅羅斯拉韋茨、卡盧加等最危險的地段。朱可夫以在莫紮伊斯克防線中的沃洛科拉姆斯克、莫紮伊斯克、小雅羅斯拉韋茨和卡盧加等築壘為基礎，把第16、第5、第43、第49集團軍在這些築壘地域內展開。朱可夫又將第33集團軍調到納羅福明斯克附近的蘇軍防線。
德軍統帥部誤認為當時蘇軍已經被全部擊潰，莫斯科地區的蘇軍預備隊已經沒有了。德國統帥部命令中央集團軍群，不等維亞濟馬和布良斯克兩地合圍的德軍到達，繼續向前推進。
戰役開始幾天，德軍隻有2個步兵軍和2個摩托化軍發動進攻，因為在被包圍中奮戰的蘇軍牽製了大量德軍。
後來，德軍的進攻兵力不斷增加。莫紮伊斯克-小雅羅斯拉韋茨戰役的特點是：在不同時間、不同築壘地段沿著公路展開激戰。