10月3日占领奥廖尔，10月4日，德军夺取了斯帕斯杰缅斯克和基洛夫，10月5日夺取了尤赫诺夫，10月7日则进抵维亚济马地域，两方面军大部分军队在此陷入合围，一直顽强抵抗到10月12—13日，牵制了德军28个师。13日，苏军维亚济马集团大部被歼，被围军队一部后来突出重围，有的留在敌后开展游击斗争。布良斯克方面军陷于战役合围的困境后也向后退却。莫扎伊斯克防御线成了莫斯科接近地上的主要抵抗地区。
在莫斯科海至卡卢加（战线长230公里）一线，4个集团军总共只有9万人左右。这些兵力不足以在整个地带建立坚固防御。为了改进军队指挥，西方面军和预备队方面军于10月10日由大本营合编为西方面军，朱可夫大将任司令。复杂的情况要求从莫斯科疏散许多政府机关和最重要的企业，留下的企业生产军用品；军队和劳动者在莫斯科近接近地构筑新防御地区，组建新的民兵师，使全城做好巷战准备，等等。为构筑防御工事动员了45万首都居民，其中75%为妇女。10月20日，国防委员会在莫斯科及其附近地域实行戒严。23日，苏军布良斯克集团大部被歼。德军在维亚济马—布良斯克战役中、俘虏苏军67.3万人。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，在数量和质量落后的情况下，苏联空军圆满完成了他们的使命。
10月月中—11月初，在莫扎伊斯克防御地区展开的多次激烈战斗中，苏军对德军优势兵力进行了顽强抵抗，将其阻止于拉马河、鲁扎河、纳拉河等地区。在加里宁防御战役中也进行了同样激烈的战斗。10月14日，德军坦克突入了加里宁。10月17日，以西方面军右翼（第22、第29、第30、第31集团军）为基础组成了加里宁方面军（司令为科涅夫上将）。德军想从加里宁向东南发展进攻并前出西北方面军和西方面军后方的企图被粉碎。10月底—11月初，德军坦克第2集团军在图拉方向的进攻也因最高统帅部大本营预备队以及第50集团军和图拉市人民的英勇作战而受阻。
德军虽然对维亚兹马—布良斯克战役中消灭了大量的苏军有生力量，但随着天气的变冷德军的攻势锐减。道路异常泥泞，德军于是被迫全线停止前进，以待大地封冻。德军暂时的停进使苏军赢得了宝贵的喘息时间。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。
此时，苏联接到中国的谈判消息，大喜之下，苏联果断的撤出了在上次条约已经还给中国的领土，和日本对峙的军队除了原本自己境内的那些，在中国收回的领土境内的军队全部抽回，参加莫斯科会战，这些兵力有五个步兵师和两个装甲师。
到了11月初德军兵锋距离莫斯科最近的地方之后不到70公里，这个时候，为了鼓舞前线士兵的士气，苏联毅然决定在红场照常举行阅兵，各地赶来的预备队和前线撤下来休整的部队，甚至都不到自己在干什么，根本就没有进行彩排就被拉上了阅兵场，在分列式上那些刚从后方赶到莫斯科或者从前线撤下来的士兵穿戴破烂不堪，队列走的也不齐，但是这种破釜沉舟的氛围极大感染士兵，也极大提高了他们的士气。站在主席台上，斯大林拒绝了自己机要秘书给自己打伞的做法，身上穿的大衣已经完全被雪花给盖住，在战士们分列式结束后，斯大林整了整情绪，看着下面的士兵，他明白，苏联的生死存亡就在这一刻，甚至他的政治生命也在这一刻。对于自己的大清洗导致苏联军队战斗力低下，开战以来一溃千里的情况，斯大林从来没有后悔，如果重来，他还会这样做，任何事情都没有他的地位重要。斯大林站在话筒前深吸了一口气大声对下面的士兵说道：
“红军和红海军战士们，指挥官和政治工作人员，男工和女工，集体农庄男女庄员，智力劳动者们，在敌人后方，暂时陷在强盗压迫下的兄弟姐妹们！我们那些破坏德寇后方的光荣的游击队男女队员们！
我代表苏维埃政府和我们布尔什维克党向你们致敬，并庆祝伟大的十月社会主义革命二十四周年。
......德寇背信弃义的进攻，及其强迫我们进行的战争，造成了威胁我国的危险。我们暂时失去了一些区域，敌人已经进犯到列宁格勒和莫斯科的门前。敌人指望在第一次打击之后，我们国家立即屈膝投降。可是，敌人大大的失算了。我们的陆军和海军虽然遭到暂时的失利，但还是在全部战线上英勇的击退着敌人的攻击，给敌人以严重损失，并且我们的国家，我们全国组成了统一的战斗阵营，以便我们陆军和海军一起实行粉碎德国侵略者。......
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