1941年9月6日，希特勒发布了第35号训令，代号“台风”行动，计划先将莫斯科正面的苏军分为两个包围圈加以歼灭，然后顺势攻占莫斯科。进攻方法仍像战争初期那样，同时从三个方向给苏军以决定性打击。

9月底，德军中央集团军群大举进攻莫斯科，莫斯科会战爆发。德军用于台风行动莫斯科方向的兵力达180万，75个师，1700辆坦克，14000门火炮，1400架飞机。苏军在莫斯科以西300余公里纵深内，建立了梯次配置的多道防御地带，有3个方面军和一个战役集群，125万兵员，共75个师，990辆坦克，7600门火炮，677架作战飞机担任防御，苏共中央政治局、国防委员会、最高统帅部和总参谋部作战组一概不离开莫斯科。最凶猛的进攻遇到了最顽强的抵抗，进入10月份后，苏联进入了秋冬时节，而这对苏军则非常有利。11月7日，冒着德军的炮火，斯大林坚持在红场举行纪念十月革命胜利24周年的阅兵式，阅兵式后的苏军直接开赴前线。经过浴血奋战，苏军凭借极其坚强的抵抗和熟悉的自然条件，苏军顶住了德军进攻，并于1941年12月转入反攻。

德军的军事计划“台风行动”，引发了著名的莫斯科保卫战。

1941年10月2日，费多尔·冯·博克指挥的中央集团军群终于向莫斯科发动攻击，代号台风行动。德军认为莫斯科在政治和军事战略上具有重大意义。德军计划以各坦克集团实施突击，割裂苏军防御，并在维亚济马、布良斯克两地域合围歼灭西方面军、预备队方面军和布良斯克方面军，尔后以强大快速集群从北面和南面包围莫斯科，在步兵兵团实施正面进攻的同时，攻占苏联首都。为达此目的，德军基本力量集中于斯摩棱斯克以东“中央”集团军群(司令为博克元帅)地带。“中央”集团军群辖第9(司令为施特劳斯上将)、第4(司令为克鲁格元帅)、第2集团军(司令为拉萨尔上将)，坦克第3(司令为奥什上将)、第4(司令为布吕歇尔元帅)、第2集群(司令为古德里安上将)(1941年10月起坦克第2集群改称坦克第2集团军，1942年1月起坦克第3、第4集群分别改称坦克第3、第4集团军)，共74个半师，内14个坦克师和8个摩托化师，亦即约占苏德战场步兵师总数的38%，坦克师和摩托化师的64%。陆军由第2航空队进行支援。“中央”集团军群总计约有180万人，坦克1700辆，火炮和迫击炮1.4万余门，飞机1390架。德军不仅在数量上，而且在武器质量上也占优势，因为当时苏军坦克和飞机有一半以上是旧式的。德军在坦克、航空兵、以及摩托化步兵方面的优势尤为明显。

参加莫斯科会战的苏军有：西方面军、预备队方面军、布良斯克方面军、加里宁方面军和西南方面军右翼。10月10日，朱可夫接管了西部方面军和保卫莫斯科的指挥工作。截至9月底，苏军西方面军(司令为科涅夫上将)辖第22(司令为沃斯特鲁霍夫少将)、第29(司令为马斯连尼科夫中将，12月为什韦佐夫少将)、第30(司令为霍缅科少将，11月为列柳申科少将)、第19(司令为卢金中将，10—11月为博尔金中将，11月改编为突击第1集团军)、第16(司令为罗科索夫斯基中将)、第20集团军(司令为叶尔沙科夫中将)在奥斯塔什科夫、叶利尼亚西北宽达300余公里的地区占领防御。预备队方面军(司令为苏联元帅库图佐夫)以第24(司令为东布罗夫斯基少将)、第43集团军(司令为索边尼科夫少将，10月为阿基莫夫中将，10月为戈卢别夫少将)在罗斯拉夫利方向100公里正面进行防御，而将其余第31(司令为多尔马托夫少将，10月为尤什克维奇少将)、第49(司令为扎哈尔金中将)、第32(司令为维什涅夫斯基少将)、第33集团军(司令为奥努普里延科旅长，10月为叶夫列莫夫中将)置于西方面军后方。布良斯克方面军(司令为叶廖缅科上将)辖第50(司令为彼得罗夫少将，10—11月为叶尔马科夫上校，11月为博尔金中将)、第3(司令为克列伊泽尔少将，12月为普申尼科夫中将)、第13集团军和1个集团军级集群，扼守布良斯克以西及其以南宽达300余公里的地区。总计在西方向上的3个方面军共有125万人，坦克990辆，火炮和迫击炮7600门，飞机677架。