5 сентября 1941 г. немецким командованием был утвержден план «Тайфун», по которому силами армий группы «Центр» и переброшенными с севера танковыми частями охватными ударами с запада и юго-запада предполагалось взять Москву. С 30 сентября началась реализация этого плана. К концу первой недели немецкого наступления в окружение в районе Вязьмы попали пять советских армий и несколько дивизий народного ополчения. К середине октября немцы взяли Калугу, Калинин, Можайск. 20 октября в Москве было введено осадное положение. 15 ноября немецкие войска, перегруппировав силы, возобновили наступление и к концу месяца подошли к столице на расстояние 23–30 км, но так и не смогли захватить город. К началу декабря 1941 г. фашистские части, стоявшие у стен Москвы, уже потеряли тот боевой дух, с которым они пересекли советскую границу в июне. Растянутость коммуникаций не позволяла немцам вовремя подвозить боеприпасы и резервы. Сильные морозы также явились неожиданностью для немецких солдат и генералов. Ожесточенное сопротивление советских бойцов от границы до Москвы сделало для немцев этот путь не похожим на «военную прогулку» по странам Западной Европы. В разведывательных сводках советского командования сообщалось: «Замечаются явные признаки истощения противника». После получения информации разведки о том, что Япония не вступит в войну, пока не падет Москва, из восточных военных округов были переброшены свежие дивизии. Они укрепили оборонявшие Москву войска Калининского, Западного и Юго-Западного фронтов.

5 и 6 декабря 1941 г. эти войска нанесли пробные контрудары по немецким позициям. Разведка боем оказалась успешной. По утверждению командовавшего обороной Москвы Г.К. Жукова, никаких стратегических наступательных планов не разрабатывалось, и «если бы противник организовал серьезное сопротивление нашим контрударам, никакого контрнаступления не состоялось бы». Однако такого сопротивления измотанные и замерзающие немецкие войска оказать не смогли. Продолжая наносить фланговые удары, Красная Армия оттесняла немцев от Москвы, и к январю 1942 г. германские части были отброшены от столицы на 100–250 км. Сталин, преувеличивавший декабрьский успех, настоял на общем широкомасштабном наступлении войсками Западного, Калининского и Юго-Западного фронтов. Это наступление состоялось, но, по словам Жукова, «жертв было много, расходов много, а результата общестратегического никакого… Если бы все силы были сосредоточены на Западном направлении, немцев бы отогнали до Смоленска». Ценой огромных потерь советские солдаты и офицеры отстояли Москву, что явилось большой моральной победой, подняло боевой дух в армии и в тылу, вселило веру, что «враг будет разбит и победа будет за нами».