9个星期后，斯摩棱斯克沦陷。1941年9月30日，德国中央集团军群向莫斯科发起进攻，“台风行动”开始。由于时间已经逐渐接近德军作战的最后期限――冬季，因此他们不得不加快推进速度。此时此刻，距离和时间对于战争进程的影响越来越明显。10月2日，在第4装甲集群的支援下，再加上第2与第3装甲集群的回归，中央集团军群的实力大增，迅速撕开了苏军防线。在维亚济马，短短10天之内，德军充分运用高超的技战术，以压倒性优势迅速吞噬了苏军西方面军和预备队方面军。同时，在南部241公里处的布良斯克方面军也被第2装甲集群和第2集团军打垮。苏军已经到了生死存亡的重要关头。在维亚济马与布良斯克的包围圈中，苏军损失了60万多人，防线完全被德军冲垮。综观全局，德军攻陷混乱不堪、濒临崩溃的莫斯科似乎已经指日可待了。然而，就在这个关键时刻，一连下了数天的大雨，道路湿滑泥泞，德军不得不放慢推进速度。如果德军在1941年8月底或9月初向莫斯科发动进攻，他们仍然能够像10月的攻势那样撕开苏军防线，但即使现在，如果有更好的天气，德军也能够充分利用这一绝佳的机会。颇具讽刺意味的是，由于德军能够利用的时间逐渐结束减少，历史上给人留下最为深刻印象的军事胜利之一――包围基辅，却使德军错失了一次大好良机。1941年10月底，苏联最高统帅部下达了强制性命令，为隆冬季节的歼灭战做好准备，誓死保卫莫斯科。哈尔德最初提出的方案，即对莫斯科实施机动包围，使用一个新到的德国集团军消灭苏军，已经完全不适合此时的形势。
博克与哈尔德非常清楚，德军已经遭受了严重的损失，实力大不如前，而且装甲部队的机械损耗极其严重。德军再也没有潜力与苏军进行一场阵地消耗战了，但他们也清醒地认识到，此时的德军骑虎难下，必须打赢一场战役。在“巴巴罗萨”行动中，苏军缺乏实施联合纵深防御与直线防御的能力。然而在莫斯科，在维亚济马惨败之后的10月10日立刻受命指挥西方面军的朱可夫将军得到几大因素的帮助，这些因素确保了此次战役与此前战役截然不同。首先，当地分布着多处的森林、沼泽和河流，恰恰位于德军进攻的中轴线上，在冬季恶劣的天气条件下，严重影响了德军装甲部队的作战行动。其次，德军此役的意图非常明确，很难达成突袭的效果。最后，由于苏军准确地预测到了德军可能采用围歼的战法，所以在右翼，罗科索夫斯基将军的第16集团军得到了增援，在20公里的纵深防御阵地上部署了8万人的防御兵力；在左翼，环绕图拉的第50集团军的阵地也得到了加强，与古德里安的第2装甲集群相对峙。苏军的部署方式迫使德军投入正面进攻。就这样，苏军在战争中首次通过联合纵深防御与阵地战，得以和德军展开对等的对攻战。
从战略角度考虑，源源不断的人力资源使苏联能够在1941年免于遭受被德国击败的命运，然而，截至1941年11月初，苏军在欧洲地区的兵力已经降至230万，是战争爆发以来的最低点。后来，据斯大林秘密安插在东京的重要间谍德国人理查德·佐尔格提供的情报显示，日本主要将精力集中在太平洋，而不是苏联东部，于是，斯大林密令红军从西伯利亚抽出了15个师返回欧洲战场。此时，斯大林起用了更优秀的指挥官指挥作战，有力地配合了这次大规模的兵力调动，为粉碎敌人创造了条件。朱可夫对一些部队进行了整合，将他们部署在关键的防御部位，同时抽调人员，训练那些匆忙应征到莫斯科前线、经验不足的新兵。在这次战略部署的过程中，莫斯科的铁路枢纽发挥了重要作用，在战斗中为苏军提供了战术机动性，这是一个巨大的优势。至此，苏军前线的作战行动与后方的经济努力协调一致。相比之下，德军却在恶劣的天气条件下，沿着满是泥泞的道路深一脚、浅一脚地行进。苏军指挥官能够依赖有效的（虽然粗糙但用起来还较为有效）的后方勤务，而德军指挥官却只能苦苦支撑，竭力忍受毫无规律的物资与给养供应。由于德军得不到足够的设备来改造苏联铁路，他们对于公路的依赖几乎达到了极限，由此引发的一些严重问题一直困扰着他们。如果苏军打算粉碎敌人速战速决的歼灭战，那么冬季的莫斯科就是最合适的阵地。
