1941年8月4日，古德里安向希特勒提出，因尘土太多等原因，坦克引擎都磨坏了，必须赶紧更换或修理。
经过古德里安再三要求，希特勒同意拨300辆新坦克引擎补充整个苏联战场。这如同杯水车薪，古德里安表示不满。
古德里安又提出了新坦克的问题，但他一辆都没有得到。希特勒将它们控制起来，正在建立新坦克军。
在争辩时，古德里安提出为对付苏军在坦克上的巨大数量优势，德国坦克损失必须补充。希特勒说：“如果我早知道你那本书里面写的苏联坦克数量是真的，那么也许我就不发动战争了。”
希特勒指的是古德里安在1937年出版的《注意！装甲车！》一书，在那本书中古德里安说苏军坦克数量是1万辆。当时的陆军参谋长贝克将军和书籍审查局否认了这一数字。古德里安通过不少关系，才勉强地将它出版。
当年，情报机构发现苏军装备了17000辆坦克，而古德里安不敢在书里写17000辆，怕影响德国发动战争。可是希特勒和他的高级参谋们都知道这一真实情况。现在希特勒却故意装傻子，而倒霉的却是古德里安在前线作战的装甲部队。古德里安对希特勒的态度很不满意。
3.宛如离弦的利箭
当时，莫斯科有一句很流行的话，“俄罗斯虽大，但已无处可退却，因为后面是莫斯科。”这句话充分说明了当时的危急情况和莫斯科军民高涨的士气。
苏军在莫斯科以西300多公里纵深内，建立了梯次配置的防御地带：在莫斯科接近地先后建立了勒热夫-维亚济马和莫扎伊斯克两道防线，在奥斯塔什科夫、叶利尼亚以西、波加尔以东一线及其后方组织防御。
苏联在莫斯科先期投入西方面军（科涅夫上将指挥）、布良斯克方面军（叶廖缅科上将指挥）和预备队方面军（布琼尼指挥）和一个战役集群，苏军兵力为15个集团军和1个集团军群，共125万人，坦克990辆，火炮7600门，飞机677架。以上军队全部编入西方面军，归铁木辛哥领导。
希特勒也深知莫斯科的战略重要性，开始集重兵于莫斯科。德军中央集团军群沿西德维纳河、罗斯拉夫尔、格卢霍夫一线展开了3个集团军和3个装甲集群，第二航空队担任空中支援。其总兵力为76个师又2个旅，约180万人，坦克1700辆，火炮1.4万余门，飞机1390架。这支部队步兵总数占苏德战场德军总兵力的三分之一、坦克师和摩托化师的三分之二。
中央集团军群计划以各坦克集团军进行向心突击，分割苏军防线，并在维亚济马、布良斯克两地围歼苏军西方面军、预备队方面军和布良斯克方面军，德军坦克集团军再以强大阵容从北面和南面围攻莫斯科，而步兵兵团负责正面进攻。
中央集团军群下辖第9（施特劳斯）、第4（克鲁格）、第2步兵集团军（魏克斯），坦克第2集团军（古德里安）、第3集团军（霍特）、第4集团军（霍普纳）。此时，德军的坦克集群全部改称坦克集团军。
斯大林发现希特勒攻占莫斯科的企图后，赶紧采取对策，向莫斯科调兵遣将，准备与德军决战。为加强莫斯科前线苏军的指挥能力，斯大林连忙与正在列宁格勒前线指挥对德作战的朱可夫通电话，命令他立即赶回莫斯科，全面接手莫斯科防务。
1.奥廖尔-布良斯克战役。
根据“台风”计划，德军中央集团军群计划出动第2集团军和坦克第2集团军，自绍斯特卡和罗斯拉夫利以南进行向心突击，突破布良斯克方面军的防线，并歼灭布良斯克方面军。接着，德军以装甲部队快速从南面和东南迂回攻击莫斯科。
苏军布良斯克方面军下辖第50、第3、第13集团军以及叶尔马科夫少将率领的战役集群。布良斯克方面军司令为叶廖缅科中将。叶廖缅科的苏军在兵力上少于进攻的德军，炮兵比为1：2.6、坦克比为1：4.5、飞机比为1：10。布良斯克方面军没有建立起纵深防御，而且重武器火力密度小（每公里正面火炮和迫击炮4门、坦克0.3辆）。
1941年9月30日，古德里安统帅的德军坦克集群宛如一张弯弓上离弦的利箭，直指布良斯克和维亚兹马。莫斯科会战爆发！莫斯科会战分为防御战役和进攻战役两部分，防御战役从1941年9月30日至1941年12月5日，进攻战役从1941年12月5日至1942年4月20日。
1941年9月30日傍晚前，德军坦克第2集团军所属部队像尖刀一样，插入了苏军第13、第50集团军的薄弱地带。德军自南北两面迂回包抄布良斯克方面军，并企图绕到西方面军的后方。
苏军统帅部立即命令在姆岑斯克地域的近卫步兵第1军（列柳申科指挥），向冲到布良斯克方面军后方的德国第2坦克集团军进行突击。
10月3日，从乌克兰到莫斯科，古德里安的部队进展神速。不到3天，古德里安就占领了布良斯克战线以东200公里的奥廖尔。进展之神速，以至于当德军坦克开入奥廖尔城时，电车上的乘客纷纷向他们招手致意，这些乘客误以为是苏军的装甲部队。
古德里安占领奥廖尔后，指挥德军迅速切断了布良斯克-奥廖尔公路，一举攻占了卡拉切夫，紧接着向布良斯克迂回包抄前进。10月6日，古德里安攻占布良斯克。
与此同时，德军第9和第4集团军分别以第3和第4坦克集团军在杜霍夫希纳和罗斯托夫方向实施猛烈进攻，迅速突破了苏军的防御阵地，并从南北两面，急速地向维亚济马冲去。
在苏联空军的强大火力支援下，苏军近卫步兵第1军成功挡住了德军第2坦克集团军的继续推进，德军迂回攻击西方面军的计划失败。
在这些战斗中，苏军坦克第4旅表现突出，它与数量上占绝对优势的德国坦克部队成功地周旋起来。设伏的苏军坦克第4旅对德军纵队进行了偷袭，并快速撤回新阵地。德军装甲部队被迫在别廖夫、姆岑斯克一带滞留两个星期，等待步兵部队的到来。
古德里安的坦克第2集团军与南进的德第2集团军一起，于10月7日在布良斯克以南包围了苏军第13集团军和第3集团军一部，在布良斯克以北包围了苏军第50集团军的部分兵力。
希特勒觉得胜利已是板上钉钉了，再也按捺不住激动的心情，认为攻占莫斯科简直就是探囊取物。他在10月7日签署了一项最高统帅部的命令：不准博克接受莫斯科的投降，即使主动投降也不予接受；德国军队不需要进入莫斯科，只需用炮击和轰炸予以毁灭。
希特勒觉得光用炮弹还不够，还需要加上大量的燃烧弹和高爆炸药，直到把莫斯科夷为平地才能解除他内心深处对布尔什维克主义的仇恨。
希特勒宣称，要在10天内占领莫斯科，并于11月7日苏联十月革命胜利这一天在莫斯科红场检阅德军进攻部队。
10月14日，古德里安为了消灭被合围的苏军，出动了坦克第2集团军5个军中的4个军，但他没能完成歼灭任务。
陷入合围的苏联布良斯克方面军所属各部队趁夜色有组织地向指定方向突围。布良斯克方面军所属航空兵向图拉方向进攻的德军进行了轰炸和机枪扫射，并在苏军突围时给予了强大火力支援。布良斯克方面军的每个集团军都建立了突击集群（3-5个师）、后卫1个师、司令部和后勤机关的警卫群1个团。部分苏军于10月23日前突围到别廖夫、姆岑斯克、波内里、法捷日、利戈夫一线，其余大部分被歼灭。
在布良斯克防御战役中，苏联布良斯克方面军牵制了德军庞大兵力，破坏了德军从南面深远迂回西方面军和莫斯科的计划。斯大林政府提出了“坚决捍卫亲爱的首都”、“灭亡德国法西斯侵略者于莫斯科城下”等口号。
10月23日前，苏军突围后退到了别廖夫、姆岑斯克，波内里，法捷日、利戈夫一线。
2.维亚济马战役。
德国参谋部在制定向莫斯科战略方向进攻的计划时，规定从杜霍夫希纳、罗斯拉夫利向维亚济马方向发起强大突击以突破苏军防线，并围歼苏军于维亚济马一带，再进攻莫斯科市。为此，博克在斯摩棱斯克以东地区投入了德军主力，包括第4集团军（克鲁格）、第9集团军（施特劳斯），第3（霍特）坦克集团军、第4（霍普纳）坦克集团军。
苏军在这些地方的防御兵力为：苏军西方面军（科涅夫）下辖第22（尤什克维奇）、第29（马斯连尼科夫）、第30（霍缅科）、第19（卢金）、第16（罗科索夫斯基）、第20（叶尔沙科夫）6个集团军，在安德列亚波尔以东、亚尔采沃以东、叶利尼亚以西长达340公里的防线上布防；预备队方面军（布琼尼）下辖第24（拉库京）、第43（索边尼科夫）2个集团军，在100公里宽的防线上支援罗斯拉夫利方向。另外，第31（多尔马托夫）、第49（扎哈尔金）、第32（维什涅夫斯基）、第33（奥努普里延科）4个集团军，在西方面军后方的奥斯塔什科夫、奥列尼诺、叶利尼亚一带布防。
苏军两大方面军的防御任务为：阻止德军进攻莫斯科，并为莫斯科组建新的预备队赢得宝贵的时间。
维亚济马战役爆发前，德军在兵力上占较大优势，尤其在罗斯拉夫利方向，德军兵力为苏军兵力的2.2倍，坦克比苏军多7.5倍，火炮和迫击炮比苏军多6倍。
苏军缺乏高射炮和反坦克，防御纵深不大，仅为15-20公里，而且工事构筑比较薄弱。苏联政府要求这里的苏军“寸土必争”，在危急时刻，要求苏军不计一切代价挡住德军，以便争取时间组建新的预备队。
10月2日晨，德军第3、第4坦克集团军发起了强大的攻势，当天德军在杜霍夫希纳和罗斯拉夫利两个方向推进了15-30公里。
10月3日清晨，苏军为了消灭突破口的德军，发动了强大的逆袭，但没有击退德军。德军两个坦克集团军从北、南两个方面插入维亚济马，严重威胁苏军的主力。
10月5日，斯大林批准了科涅夫关于将西方面军撤到勒热夫-维亚济马地区的报告。但这一撤军计划在德军的不断推进下破产：快速推进的德军两个坦克集团军于10月7日在维亚济马地区会师，苏军第19、第20、第24和第32集团军被包围了。
10月10日，一路德军自格扎茨克、米亚特列沃和卡卢加以西进攻莫斯科，另一路德军向加里宁方向推进。
在万分危机的情况下，西方面军和预备队方面军合并为西方面军。朱可夫飞抵莫斯科后，莫斯科军民士气大振。朱可夫出任西方面军总司令，并负责整个莫斯科保卫战，铁木辛哥改任西南方面军司令。
西方面军和各方面军所属空军对德军机场和进攻部队实施密集轰炸，并对被围苏军进行火力支援。被包围的苏军奋勇抗击着德军连续发动的围攻。最初几天，被围苏军牵制了德军28个师，其中14个德国师至10月中旬以前无法参加新的进攻。
德国宣传部长戈培尔命令德国各家报社，留出10月12日报纸的头版位置，准备刊登德军占领莫斯科的“特别新闻”。
10月12日，苏联成立了莫斯科防御区。苏联政府动员几十万市民修建了工事，并新组建若干个民兵师，莫斯科军民决心与首都共存亡。
10月13日，在维亚济马地区的苏军大部分被歼灭，少量苏军撤出包围圈退往莫扎伊斯克防线。德军占领卡卢加，一些苏军被迫滞留在敌后展开游击战。