自从德军因为天气原因无法组织有效的进攻，加上天气越发的寒冷，导致德军军需物质的匮乏，战线拉长等，德军一路停止了进攻。
可苏军却在得到喘息的时间之后，一直到10月底，苏军最高统帅部开始抽回一些部队作为预备队，使其得到必要的休息，新的预备队也在源源不断地赶到。
10月末，前线，加里宁库宾卡谢尔普霍夫阿列克辛图拉。德军虽遭重大损失，但仍增调兵力，变更部署，企图在冬季到来以前合围并占领莫斯科。
莫斯科成为德军的空袭目标。莫斯科防空部队同空中德军空军作了顽强斗争，10月间，德军对莫斯科进行了31次空袭，共有2000架飞机参加，其中278架被击落，只有72架闯入莫斯科上空。
军队和劳动者在莫斯科近接近地构筑新防御地区，为构筑防御工事动员了45万首都居民，其中75%为妇女。莫斯科疏散许多政府机关和最重要的企业。
10月20日，国防委员会在莫斯科及其附近地域实行戒严。当局命令居民在街道筑起防御工事，连克里姆林宫附近都不例外，组建新的民兵师，使全城做好巷战准备。苏联政府向东撤退到古比雪夫(现在的萨玛拉)，但斯大林仍然留在莫斯科。
11月初，莫斯科苏军又得到了10万人，300辆坦克，2000门火炮的补充。
为了提升国民及军队的士气。斯大林命令在11月7日于红场举行纪念十月革命的阅兵式。队伍在克里姆林宫前检阅，然后直接开赴前线。苏军以预备队和补充兵员加强了西方面军。11月10日。布良斯克方面军撤销。各方面军受领命令扼守所占领的地区，阻止德军从西北和西南迂回莫斯科。
11月13日。德陆军总参谋长哈德尔在中央集团军群总部召开了各军团参谋长会议，下达了“1942年秋季攻势命令”。中央集团军群为此共集中了51个师。担任正面攻击任务的是克鲁格的第4集团军；其左面是霍特的第3装甲兵团和赫普纳的第4装甲兵团，其任务是分别从北方和西方包围莫斯科；右面的古德里安的第2装甲军团则从南方向莫斯科包围。
11月14日，斯大林和沙波什尼科夫下达反突击的命令。朱可夫是不同意这样做的。反突击是由罗科索夫斯基的第16集团军和扎哈尔金的第49集团军进行的，反突击的目标是沃洛科拉姆斯克地区和纳腊河下游地区的德军北翼和南翼。此举除牵制了克鲁格的部分兵力以外，收效甚微。
11月15日18日，德军经过调整和补充后，向莫斯科重新发起进攻。德军在加里宁沿克林、罗加切沃方向和图拉方向分别实施主要突击企图从北面和南面迂回莫斯科，另外11月17日以斯大林为首的苏联最高统帅部下发了第0428号命令,该命令的目的是摧毁和焚烧前沿的所有居民区。
11月底12月初。德军付出了巨大损失的代价，前出到莫斯科运河。12月4日加里宁沦陷。12月5日莫斯科以南165公里的小镇图拉被局部包围。
德军遇到苏军顽强抵抗。莫斯科附近的战斗变得越来越jiliè。
苏军派了无数新兵和自愿者，甚至一个妇女营投入到德军的机枪炮火中。在莫斯科保卫战中，苏军的一个战斗小组表现的尤为感人，他们守卫在距离莫斯科200公里的一个公路路口，在与德军鏖战4个小时之后，他们击毁德军18辆坦克，击毙德军数十人，自己也只剩28个人。政治指导员克罗奇科夫为激励战士，说出了“俄国虽大，但已无路可退，身后就是莫斯科”这一激动人心的话。最后，28名勇士弹尽粮绝，全部牺牲。克罗奇科夫抱着一捆手榴弹扑向德军，炸毁了一辆德军坦克。”苏军经过11月底12月初的顽强防御和多次反突击。德军突向莫斯科的最后企图破产了。
苏军虽然经常处在危急状态，但终于坚持下来并消耗了德军。仅11月16日12月5日。德军在莫斯科附近就死伤15.5万余人，损失坦克约800辆、火炮300门、飞机近1500架。
1942年的冬季就算以俄国人的标准来看都异常地严寒。
德军因战线过长，补给不足，战役中消耗过大，既没有设防御阵地和战役预备队，又无在冬季条件下作战的准备。11月上旬入冬，虽然道路能够使用，但德军的冬季装备不足，由于认为在入冬前就能结束战事。保暖衣服和白色伪装服都不足，坦克和其它车辆都因为低温而不能动弹。德军士气严重受挫。而苏军则士气高涨。
对莫斯科的苏军而言，情形则恰好相反。来自西伯利亚的苏军早已习惯了寒带生活，有着足够的冬季作战装备，他们的枪炮套上了保暖套，涂上了防冻润滑油；有足够的棉衣、皮靴和护耳冬帽用来防寒。英国和美国向苏联援助了850万双军靴，1万零500吨制靴皮革。
苏军转入反攻并粉碎莫斯科城下德军的条件已经具备。斯大林任命华西列夫斯基中将担任代理总参谋长，并命令他立即拟定反攻作战计划。
苏军反攻的指导思想是，