1941年初秋，元首想当然地认为苏联已经完蛋了，因为它的两个最大的城市列宁格勒和莫斯科一个已成孤城一座，马上就能从地球上被消灭，另一个则只需刮起一股强劲“台风”就会被拿下。然而事与愿违，英雄的列宁格勒人民忍受着难以想象的艰难困苦，尤其是饥饿，抗住了德军的围攻，使这座孤城在长达900天的围困中保持着活力，直到1944年1月27日在苏军全线大反攻中胜利解围。莫斯科的保卫者们更是屹立不动，使侵略者只能在离该城20公里之处看到壳里姆林宫顶端的红星，却从未能以一个征服者的姿态进入克里姆林宫。

不过到1941年9月底，苏军的确面临极其严峻的战斗形势。在苏德战线的北端是孤城列宁格勒，命运难测；南方的基辅已落入敌手；现在黑海港口敖德萨又危在旦夕。9月6日希特勒发布第35号指令，代号“台风”，向莫斯科发动进攻，企图实现“巴巴罗萨”的预定目标。但德军的处境也并非很妙。由于春天的巴尔干战役和苏德战争爆发后为攻打乌克兰而要求中路暂停推进，使攻打莫斯科的战役推迟了至少一个月。它不仅给苏军以时间，在中部地区集结防守兵力，做好保卫首都的准备，而且俄罗斯的严寒冬季也将使战线已长到极点的德军尝到当年拿破仑的经万。

9月30日，中路德军以180万人，1700辆坦克和约1390架飞机的兵力实施进攻莫斯科的“台风”行动。苏军已有准备，用三个方面军保卫莫斯科，西路方面军准备阻止德军沿主要方向突人首都；预备方面军准备击退突破西路方面军的来犯之敌；布良斯克方面军的任务是阻止德军沿莫斯科外围防御阵地对布良斯克的突破。10月2日德军以闪击式炮击和轰炸拉开了莫斯科战役的序幕。由于苏军对形势估计错误，又未认真进行侦察防御和建立纵深防御地区，加上坦克的缺乏，因此初期再次失利，使古德里安的装甲先头部队轻易突破布良斯克的苏军阵地，迅即占领奥廖尔和布良斯克，60万苏军被合围于维亚兹马和布良斯克之间。13日莫斯科西南100英里的卡卢加失守，接着西北的加里宁陷落。10月中旬“台风”行动初战告捷，苏军的5000门大炮、1200辆坦克和上万红军落入敌手。莫斯科处于万分危急之中。

从10月15日开始，苏联政府的部分机构和外交使团撤往古比雪夫，但斯大林留在了莫斯科，这是对恐慌的居民的镇定剂。全市人民在斯大林和新任西路方面军（这时该军已与预备方面军合并）总司令朱可夫的指挥下迅速动员，组织了3个工人师、十几万人的民兵师、几百个巷战小组和摧毁坦克班，全市约45万人修筑防御工事，其中四分之三是妇女，她们在严寒的气候中建成了令德军吃惊的三道防御圈：上百公里长的防坦克障碍物和防步兵障碍物，几千个发射点和支撑点，增强了莫斯科的防守能力。同时来自全国的支援物资也源源不断：人民发誓决不能让纳粹玷污列宁的陵墓。

这时上苍似乎也要惩罚邪恶，这一年俄罗斯的冬天提前到来。10月6日冬雪初降，雪随降随融，不久地面和道路便成为深陷的泥潭，以后开始降大雨和零星雪花，并连绵不断，于是对大量没有履带的德国机动车辆和步兵来说，道路状况之糟已成为灾难性的。加上由于缺少御寒装备，使疾病和寒冷造成的减员已比作战伤亡还大，因此德军的推进速度被迫减低下来。到10月底11月初，德军终于在全线逐渐停止战斗，以待大地封冻再做打算。

然而在莫斯科城内，严寒似乎给人以更高的战斗**。11月6日兵临城下的莫斯科人民在地铁马雅可夫斯基车站里举行了“十月革命”24周年庆祝大会，斯大林庄严宣布：我们的事业是正义的，胜利一定属于我们！第二天，斯大林在红场检阅了直接开赴前线的红军队伍，大长了人民的志气，气壮山河。

经过半个月的整顿，11月15日德军在晴朗而寒冷的天气里重新开始了向莫斯科的进攻，他们打算用西、南、北三面钳形包围莫斯科，最后会师莫斯科以东的战略，一举占领苏联首都。但是，尽管德国的摩托化尖兵深入到离莫斯科仅20公里之处，但再想前进一步都已十分不易。这不仅由于苏军已有所准备，更由于无数军用列车已不分昼夜地把驻防西伯利亚的苏军调往西线保卫莫斯科，因为杰出的情报人员佐尔格已及时从东京发来日本已决定南进，不会攻打苏联的电报。另外，骤然下降的气温，使德军飞机、坦克、汽车、大炮难以发动，使冻残冻伤冻病的士兵激增。苏军得利于天时地利人民团结一心，乘德军不得不转人防御而又立足未稳，于12月6日开始快速大反击，迅速打退了从北、南及中路企图包抄莫斯科的德军。到1941年底，中路德军被击退100-250公里，苏军收复克林、加里宁、卡卢加等城市，解除了德军对图拉的包围，德军损失惨重，终未能会师莫斯科以东。

在保卫莫斯科的激战之际，红军在北方解放了齐赫文等城市，在西南收复罗斯托夫，从而配合了保卫首都的战役。希特勒虽在一怒之下撤销了立下大功的古德里安和陆军总司令勃劳希契等人的职务，自己亲任陆军总司令，但最终不得不接受在莫斯科城下惨败的事实。

莫斯科保卫战是德国陆军在“二战”中遭到的第一次大失败，东线德军伤亡75万人，损失坦克1000多辆，大炮2500多门， “闪击战”终于破产。希特勒必须进行一场持久的两线作战。