随着中央集团军群日益逼近苏联的心脏――莫斯科，德军赖以维持闪电战的燃料逐渐消耗殆尽。同时，苏联的冬天骤然降临，严寒不但威胁着人与马匹的生命，也造成了润滑油的冻结以及轮胎的硬化，间接导致了武器及机械设备的失灵。在这种情况下，苏联红军果断地展开了反攻，将德国侵略者击退在首都莫斯科的门槛之外。
“巴巴罗萨”行动开始一个月后，越来越多地干预作战事务的德国元首希特勒在“狼穴”（位于东普鲁士拉斯滕堡的大本营）里下达了“第33号元首指令”，确定了德军如今的首要目标是列宁格勒和乌克兰。对于希特勒改变作战目标的做法，德国最高统帅部参谋班子提出了异议，但却遭到了希特勒的一通斥责，希特勒批评他们不懂得战争与经济的关系，并且强调指出顿河盆地和乌克兰境内的煤矿、麦田、工厂是重要目标。为了实现这一目标，德国中央集团军群不得不将其装甲部队交给南方和北方集团军群使用。
根据希特勒的指令，德国空军负责对苏联首都莫斯科进行空袭。7月22日，德国空军第2航空队在阿尔伯特?凯塞林元帅的指挥下，出动127架战机对莫斯科进行了空中打击。 在同年的剩余时间里，德国空军共对莫斯科发动了75次空袭，有59次轰炸出动了不少于60架的飞机。
7月3日，斯大林向全国发表广播讲话，命令苏联红军实行日俄战争期间曾经使用过的“焦土政策”，不必考虑平民的伤亡。当时，这项原本是为了对付德国人的军事举措给乌克兰和白俄罗斯人民带来了无穷的灾难。斯大林这样说道：“一旦红军被迫撤退，所有能够运载的物资必须一同撤退，不能给敌人留下一台发动机、一节车厢、一粒粮食、一滴汽油……在敌占区，不能让法西斯德军及仆从国军队获得任何生存空间，力争通过这些措施使敌人举步维艰，不战自溃。”
斯摩棱斯克沦陷
8月5日，德军包围下的斯摩棱斯克沦陷，31万苏军被俘。然而，就在这次胜利一个月后，希特勒再次改变了主意，莫斯科又一次成为首要目标。根据希特勒的命令，北方和南方集团军群不得不把中央集团军群的装甲部队悉数交还。对于当时的南方集团军群而言，这道命令执行起来非常困难，因为该集团军群已经对基辅的苏军形成了一个巨大的包围圈，并且正在收紧。然而，德军要想在基辅取得重大胜利，必将贻误进攻莫斯科的战机，进而给苏联军民在莫斯科的布防活动提供充足的时间。当时，莫斯科周边的防御工事主要是由妇女和少年完成的，因为所有的青壮年男子都已应征入伍。
11月，苏联军民共修建了1 428个火炮和机枪阵地，挖掘了160公里的反坦克壕，布设了112公里长的带刺铁丝网，构成了莫斯科外围防线的一部分。
希特勒从未理解德国对苏作战所需要的规模。在此之前，德军在波兰和西欧的胜利，主要归功于良好的路况、短暂的路途以及充足且迅速的物资供应。此外，由于德军作战进展迅速，通常在希特勒打算干预前便结束了。倘若希特勒从一开始就将莫斯科列为首要的进攻目标，那么德军的两个装甲集群就不会在通往莫斯科的公路上举棋不定，从而可有效地利用这条唯一用碎石铺就的、可承载装甲战车的公路，最终直取莫斯科。一旦莫斯科沦陷，将会对苏联军民抵抗侵略的士气造成致命的打击，还将对贯穿苏联南北的铁路交通线造成极大的破坏。
泥泞和雪地
9月27日，第一场秋雨不期而至。正如德军计划人员事先预料的那样，苏联境内的土质路面顿时变得泥泞不堪，德军的行动受阻。3天后，德军发起“飓风”行动，向莫斯科进攻。在这次行动中，苏联3个方面军挡在了德国第2装甲集团军、第3和第4装甲集群的面前，它们分别是：伊万?科涅夫将军指挥的由7个集团军组成的西方面军，安德烈?叶廖缅科将军指挥的由3个集团军组成的布良斯克方面军，由斯大林的老战友布琼尼元帅指挥的由5个集团军组成的预备队方面军。然而，对于德军这支训练有素的军队而言，面临的更大敌人却是“冬季将军”――苏联的严冬，它在秋雨过后逐渐开始显现出巨大的威力。当时，恶劣的路况使得德军的补给系统开始崩溃，食品、燃油和军火的运输遇到重重困难。
