9月30日，德軍對莫斯科發動了代號“颱風”的大規模攻勢，妄圖在十天之內攻佔它。

德軍投入的兵力有七十四個半師，一百八十萬人，一千七百輛坦克，一千三百九十架飛機，一萬四千多門大炮和迫擊炮。德軍集中了最精銳的部隊。蘇軍方面總共有九十五個師，一百二十五萬人，九百九十輛坦克，六百七十七架飛機，七千六百門大炮和迫擊炮。希特勒揚言要在莫斯科紅場上檢閱他的法西斯軍隊。10月2日，德軍從中部突破了蘇軍防線，到10中旬的兩週之內，德軍中央集團軍群完成了三個大包圍圈，兩個在布良斯克附近，另一個在維亞茲馬以西。在這三個包圍圈作戰中，德軍共俘虜六十六萬三千俄華人。面對這危急關頭，蘇軍迅速在莫斯科以西約八十公里的莫日艾斯克組織了防線，阻止德軍推進。

10月10日，斯大林任命朱可夫大將為西方和預備隊方面軍司令員。朱可夫迅速重建了四個集團軍，以防守莫日艾斯克。10月中旬，在北、西、南通往莫斯科的所有重要地段上都展開了激烈的戰鬥。10月15日，蘇聯政府的部分機構和外國使節遷往古比雪夫。斯大林留在莫斯科，親自指揮保衛成，10月19日，國防委員會宣佈莫斯科戒嚴，號召首都人民誓死保衛莫斯科。三天之內，全市組織了二十五個工人營，十二萬人的民兵師，一百六十九個巷戰小組。有四十五萬人參加修築防禦工事，其中四分之三是婦女。在首都和全國軍民支援下，前線軍民英勇抗敵，浴血奮戰。

到10月底，德軍被阻止在加里寧——土耳基諾沃——沃洛克拉姆斯克——多羅霍沃——納羅——佛敏斯克——謝爾普霍夫——阿列克辛以西一線。希特勒妄圖在10月佔領莫斯科的計劃破產了。