隨著寒冷冬季的到來，戰場的形勢悄悄地發生了變化。德軍在戰場中消耗巨大，既沒有戰役預備隊，又缺乏冬季作戰的裝備，連保暖衣服和白色偽裝服都嚴重不足，坦克等車輛更是由於低溫無法行動。
莫斯科其他地方的戰鬥也都呈現出白熱化狀態。蘇德雙方都知道，這是最後關頭，誰能堅持到最後，誰就能取得勝利。
到1942年1月初，蘇軍已經完全擊潰了竄至莫斯科城下的德中央集團軍群的突擊兵團，德軍被迫後退了100-250公裏，從而解除了德軍對莫斯科的直接威脅。
蘇軍還使德軍無法得到休整，並使德軍陷入消耗戰的泥沼。僅1月1日至3月30日，德國中央集團軍群就消耗了33萬多人。至此，希特勒占領莫斯科的企圖完全化為泡影。
在“堅決死守莫斯科”戰鬥口號的鼓舞下，莫斯科軍民在每一寸土地上與德軍展開了拚死作戰，使得德軍每前進一小步都得付出了巨大代價。德軍在最初的幾天總算爭氣，頻頻得手，以不快不慢的速度向莫斯科逼近。
隨著德軍的瘋狂進攻，引起了斯大林對莫斯科安危的憂慮。在莫斯科保衛戰最困難的時候，斯大林曾與在前線指揮作戰的朱可夫通話，要求朱可夫以一個共產黨員的身份說真話：“蘇軍是否能守住莫斯科？”
朱可夫經過慎重思考，回答說：“如能再增派兩個集團軍和200輛坦克，就一定能夠守住莫斯科，打退德軍的進攻。”
朱可夫的回答，大大堅定了斯大林的勝利信心。斯大林說：“你有這樣的信心很好，你打電話給沙波什尼克夫，商量一下把你所要的兩個預備隊集團集中到哪裏。他們將於1941年11月底準備好，但是坦克我沒有。”
隨著德軍的逼近，蘇軍的抵抗也越來越頑強，常常是打得整營、整團不剩一個人為止。12月初，德軍第四坦克集團軍在遭受重大損失後攻占紅波利亞納。
紅波利亞納就是今天的梅季希，位於莫斯科西北郊，距莫斯科隻有27公裏。從這裏，坦克最多一個小時便可以抵達莫斯科城。
德軍元帥博克聞訊趕來，手拿望遠鏡，當克裏姆林宮尖頂那顆閃閃的紅星盡收眼底時，不禁低聲道：“看到了，紅星……我總算看到了……”
然而，博克怎麼也沒有想到，這是他此生此世所能到達的距莫斯科最近的地點，也是德國軍隊第一次和最後一次看到莫斯科。
莫斯科的戰鬥越來越激烈。蘇軍投入了大量新的預備隊和誌願者，甚至一個婦女營也參加了阻擊德軍的戰鬥。
莫斯科長期處在危急狀態，但消耗了大量德軍。
1.圖拉防禦戰役。
圖拉州位於中俄羅斯丘陵北部。南、東南與利佩茨克州交界，西南與奧廖爾州交界，西、西北與卡盧加州接壤，北、東北鄰莫斯科州，東與梁讚州接壤。圖拉州麵積為2.57萬平方公裏，首府圖拉市位於奧卡河支流烏帕河岸，北距離莫斯科180公裏。
蘇軍圖拉防禦戰役從1941年10月24日持續到12月5日。
10月23日，奧廖爾-布良斯克戰役失敗後，布良斯克方麵軍第50、第3集團軍撤到別廖夫、姆岑斯克、奧廖爾以東一帶，阻擊德軍第2集團軍和古德裏安的第2坦克集團軍。
古德裏安於10月24日發動進攻，目的是占領圖拉並迂回進攻莫斯科。負責圖拉防禦的是蘇聯第50集團軍。在德軍強大的攻勢下，蘇聯第50集團軍邊打邊退到東北的圖拉地區。蘇聯第3集團軍撤向葉夫列莫夫。
古德裏安的裝甲部隊從姆岑斯克向北進攻，於10月29日到達圖拉州，德軍持續三天進攻圖拉市。在當地人的幫助下，蘇軍在該城建立了3道防禦陣地。11月上半月，德軍一部從南麵進攻圖拉，另一部從北麵迂回進攻圖拉，均被當地軍民擊退。
德軍奪取圖拉的陰謀破產了，又於11月18日向傑季洛沃、斯大林諾戈爾斯克、韋尼奧夫、卡希拉發動進攻，目的是深遠迂回圖拉。
至11月18日傍晚前，德軍突破蘇軍傑季洛沃方向第50集團軍的防線，占領傑季洛沃。德軍繼續進攻斯大林諾戈爾斯克、韋尼奧夫。蘇聯第50集團軍加強了反坦克炮兵火力，增加了設伏坦克。德軍裝隊部隊損失很大，但仍於11月22日占領了斯大林諾戈爾斯克。11月24日，德軍又占領韋尼奧夫。
11月25日，德軍到達卡希拉附近，並繼續向梁讚、斯科平進攻。因蘇軍頑強抵抗，德國第2坦克集團軍損失慘重。
11月27日，蘇聯西方麵軍的第112坦克師、步兵第173師和第9坦克旅，在卡希拉發動反攻。蘇軍騎兵軍在強大的航空兵支援下重創了第2坦克集團軍先頭部隊。11月30日，蘇聯騎兵將德軍趕回莫爾德韋斯。
12月2日，德軍最後一次從東麵進行突擊，於12月3日占領圖拉至莫斯科的鐵路和公路。蘇聯第50集團軍、第49集團軍在科斯特羅沃、列維亞基諾發動大反攻，結果德軍坦克第4師被蘇軍包圍。12月初，古德裏安率部從圖拉東北突出部撤退。