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莫斯科会战（俄语：Битва под Москвой；德语：Schlacht um Moskau）是苏联军事史学家给予的名称，指的是在第二次世界大战期间位于东线某个长达600公里的地区的重要战略性战事，战役从1941年10月1日一直到1942年1月7日以及持续的攻势直至4月底，以12月5日被界分为防御阶段与反攻阶段。
| 莫斯科战役 | |||||||
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| 第二次世界大战德苏战争的一部分 | |||||||
在莫斯科酒店屋顶上的苏联高射机枪手 | |||||||
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| 参战方 | |||||||
 德国 |
 苏联 | ||||||
| 指挥官与领导者 | |||||||
| 参战单位 | |||||||
| 兵力 | |||||||
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由1941年9月30日起： 180万人 1,700辆坦克 14,000门火炮 最初飞机数量：549架可供使用[1][2][3]反攻阶段：599架[4] |
由1941年9月30日起： 2,691,700人 军队2,271,700人 民兵120,000 反攻阶段远东援军300,000 飞机1,376架[4] | ||||||
| 伤亡与损失 | |||||||
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据OKH每10天伤亡报告（数据可能偏低）： 共316,962人阵亡、受伤、被俘 （10月：114,868人 11月：87,058人 12月：77,973人 1942年1月1日－1942年1月10日：37,063人）（参见§7） |
伤亡、被俘1,679,234人。 莫斯科防御阶段（1941年10月2日－1941年12月5日）： 损失1,331,279人 （阵亡514,338人 受伤143,941人 被俘约673,000人） 莫斯科反攻阶段（1941年12月5日－1942年1月7日）： 损失370,955人 （阵亡、失踪139,586 受伤231,369）（参见§7） | ||||||
起因是阿道夫·希特勒认为苏联的首都及最大城市莫斯科是轴心国入侵苏联的最重要的战略性目标及政治目标。德国的战略性进攻代号为台风行动，它包括了两个钳形攻势：一个由德国第3装甲集群及第4装甲集群攻击在莫斯科北面的加里宁方面军，最终切断莫斯科列宁格勒的铁路线；另一个由德国第2装甲集团军攻击在莫斯科州南面、图拉以南的西方面军；同时德国第4集团军直接从正西面向莫斯科的莫扎伊斯克和纳罗－福明斯克方向前进。此外德军另有一个独立的计划，代号为当弗坦行动，它被包括在德军最后阶段的进攻战役计划中。
最初苏军在莫斯科州通过构筑了3道防御地带，以及部署了新近编成的战略预备队和从西伯利亚与远东军区抽调而来的部队。之后由于德军的进攻战役被阻，苏联实施战略性反攻及小规模进攻战役把德军逐回勒热夫、瑟乔夫卡、维亚济马一线并于1942年1月8日－1943年3月22日在这里发生了热泽夫—瑟切夫卡—维亚济马战役造成重大伤亡，不过也在过程中包围了3个德国集团军（参见：德米扬斯克进攻战役、柳班进攻战役、托洛佩特茨—霍尔姆进攻战役、波尔科夫进攻战役、巴尔文科沃—罗泽瓦利亚进攻战役）。
在苏联的军事历史中，莫斯科战役被认为是苏军首次大获全胜的进攻战役，虽然付出了巨大的伤亡代价，但却达到了真正标志性的目标，即解除了德军对己方首都莫斯科的威胁。这是第二次世界大战一个重要的时刻，最终导致了希特勒及纳粹德国的战败。
莫斯科战役由一系列战役组成：
原本的闪电战入侵计划，被德意志国防军称为巴巴罗萨行动，它要求在四个月内攻占莫斯科。虽然在初期取得了很大的进展，但德国国防军之后的推进却由于苏联红军的抵抗而减慢下来（特别是斯摩棱斯克战役，这由1941年7月10日持续至9月20日，阻延了德军向莫斯科的进攻达两个月之久）。在攻占斯摩棱斯克后，德国国防军选择了将兵力集中至列宁格勒及基辅附近，进一步推迟向莫斯科的进军。轴心国的进攻在1941年9月30日重新展开大规模进攻战役，攻势的代号为台风行动，以求在冬季来临前完成攻占莫斯科的目标。这时在德军的面前只剩下了三道防线，即维亚济马－热泽夫防线、莫扎伊斯克防线和莫斯科外围的三重防线。
在进攻中包围及消灭了数个红军集团军之后，德军被苏军阻击在莫扎伊斯克防线，距离首都120公里。突破苏军的防线后，德国国防军的进攻被恶劣天气所阻导致减缓下来，秋季的雨水令道路及原野变成厚厚的泥泞，严重地妨碍了轴心国军的车辆、马匹及士兵的前进，虽然寒冬来临及地面结冰令轴心国军的进攻可以继续，但他们仍然被苏军的抵抗所阻。
11月30日领头的德军装甲集团军推进到了位于距离克里姆林不到23 公里（19 英哩）的叫希姆基的地方，德军军官能用双筒望远镜看见莫斯科的一些建筑物，但由于天气原因轴心国军未能再作进一步的推进而在11月30日停止了下来建立了几道临时的防御线准备守住新占领区。1941年12月5日有1,021,700名苏军参与，新到达并配备了冬季武器装备的苏军在莫斯科战线上对德军发起了进攻并将这个参加台风进攻战役的德意志国防军中央集团军群向西击退了250－320公里的距离而获得了重大的胜利；到1942年1月7日苏军的莫斯科进攻战役（1941年12月5日－1942年1月7日）已大获全胜而结束，完全解除了对莫斯科的即时威胁而获得了战略上的重大胜利，标志着轴心国攻占苏联首都的台风进攻战役结束了。
莫斯科战役是第二次世界大战中其中一场最重要的战役，主要原因是苏军成功地粉碎了德国攻占其首都的企图，而该战役亦是整个第二次世界大战中其中一场最大规模的战役，双方伤亡数字共超过1,000,000人。这是一个转折点，它是德国国防军陆军自从1939年9月开始战争后的第一次重大失败，之前在1941年9月的叶利尼亚战役及罗斯托夫战役中（导致格特·冯·伦德施泰特失去了对东线德军的指挥权）德军也曾经失败，但这些失败相对于在莫斯科的重大失败已不算什么。
1941年6月22日纳粹德国和罗马尼亚王国越过边界入侵苏联、意大利王国对苏联宣战，正式开始巴巴罗萨行动。6月25日芬兰对苏联宣战越过边界进攻苏联，4天后之后匈牙利王国亦加入（在匈牙利城市科希策遭受轰炸后）。将苏联空军的大部分飞机击毁在地面上后，德军利用闪电战术快速深入苏联领土，装甲部队走在前面利用钳形攻势，包围及消灭一支支苏联军队。当德国北方集团军群向列宁格勒推进时，南方集团军群就负责占领乌克兰，同时中央集团军群就向莫斯科进军，苏联的防线土崩瓦解，红军付出了惨重的伤亡。
到1941年7月中央集团军群已在比亚韦斯托克-明斯克战役中于明斯克附近包围了数个苏联集团军，在苏军数条战线上打开了一个大缺口，这是苏军无法及时填塞的，因为没有预备队可供使用，本来有组织的西方面军已被击溃。因此德国国防军可渡过第聂伯河，踏上通往莫斯科的道路，与此同时只付出了很少的伤亡[5]。
1941年8月德军攻占斯摩棱斯克，这是在通往莫斯科道路上一个重要的据点。斯摩棱斯克在历史上被称为莫斯科的锁匙，因为它控制了德维纳河、第聂伯河与其它河流之间的陆上桥梁，令地面部队能在不需要架设桥梁渡过宽阔河面情况下快速推进。斯摩棱斯克地区孤立的守军从1941年7月10日一直坚守至1941年9月10日，共两个月之久[6]，这场激烈的交战，被称为斯摩棱斯克战役，将德军的进攻阻延至9月中，成功地破坏了闪电战并迫使中央集团军群在该战役期间使用了几乎其一半的战略预备队（24个师中的10个师）[6]。
在别处德军的进攻亦被阻击。在列宁格勒附近，北方集团军群被卢加防线阻击了一个月才能突破。在南面的南方集团军群包括很多相比于德国国防军缺乏训练、装备及经验的匈牙利王国及罗马尼亚王国单位，因面对苏军数次强大的反攻而被迫停止前进。德国国防军当时面临进退两难，因为中央集团军群仍然有足够力量到达莫斯科，但这一进攻会在德军战线上造成一个大型的突出部，令他们面临被苏联红军侧击的威胁。而且根据希特勒的想法，德国需要位于乌克兰的粮食及矿物资源[7]。因此德国国防军被命令首先攻占顿巴斯地区，之后再向莫斯科推进[8]。海因茨·威廉·古德里安的装甲集团军转向南面支援格特·冯·伦德施泰特对基辅的进攻[7]。这导致了苏军的另一次大败，根据亚历山大·华西列夫斯基及格奥尔吉·朱可夫的回忆录记录，1941年9月19日在约瑟夫·斯大林坚决拒绝放弃基辅突出部后仍然被迫弃守基辅[9][10]，这次拒绝令朱可夫辞去苏联参谋总长的职务[11]。但是他预测的德军的包围是正确的，数个苏联集团军被德国国防军的双重钳形攻势包围消灭，令德军在南方可继续前进[12]。
虽然轴心国获得决定性胜利，基辅战役却令德军的闪电战时间表再一次重编，正如古德里安后来写道：“基辅的胜利在一定程度上是一次漂亮的战术性胜利，但问题是我们仍有一个重要的战略性目标在我们面前，现在每一件事情都基于我们能否在冬季及秋雨来临前达到预期的目标”[13]，希特勒仍然相信德国国防军有机会在冬季来临前攻占莫斯科从而结束战争。1941年10月2日由费多尔·冯·博克指挥的中央集团军群实施了对莫斯科的最后进攻，代号为台风行动。希特勒在行动开始后说：“经过3个月的准备，我们终于有机会在冬季来临前摧毁我们的敌人，所有可以的准备都完成了…；今天开始我们今年的最后一场战役…”[14]。
对希特勒来说莫斯科是最重要的军事及政治目标，他认为这个城市的陷落将在很短的时间内导致苏联的全面崩溃。而国防军陆军总司令部首长弗朗茨·哈尔德 （陆军参谋总长）在1940年写道：“最好的解决办法是直接进攻莫斯科”[15]。因此该城市对规模庞大及拥有优良装备的中央集团军群来说是唯一的目标，参与台风行动的部队包括3个集团军 （第2集团军、第4集团军及第9集团军）及支援它们的3个装甲集群 （第2装甲集群、第3装甲集群及第4装甲集群）和德国空军的第2航空队。共有超过1,000,000人、1,700辆坦克及14,000门火炮参与了此项行动。同时德国的空中优势已极大地减低。自从6月22日以来，德国空军已有2,361架飞机遭到了不同程度的破坏，其中损毁1,603架，损伤1,028架，因此第2航空队只有549架飞机可供使用，包括158架中型及俯冲轰炸机及172架战斗机[16]。进攻将采取标准的闪电战术，利用装甲集群深入苏军后方并实施两面夹击，包围红军师团及消灭它们[17]。
德国国防军最初的计划是分别实施两个攻击，第一个是对位于维亚济马的西方面军及预备队方面军进行双重夹击，第二个是对布良斯克方面军进行一次夹击以攻占布良斯克，之后再要求从莫斯科南北面对该城进行另一次快速钳形攻势以包围莫斯科，但德军已经面临连续作战及后勤补给的问题。例如古德里安写道一些破损了的坦克并没有被更换，而他的机械化部队在行动开始时缺乏汽油[18]。
面对德国国防军的是3个苏联方面军，他们是从一些已连续激战数个月而筋疲力竭的部队中重新编组出来的。参与防守该市的共有1,250,000人、1,000辆坦克及7,600门火炮，苏联空军已付出了令人震惊的多达7,500或[19]21,200[20]架飞机的代价。为此苏联开展了惊人的工业生产来补充这些损失，苏联空军拥有936架飞机用于防卫首都，其中578架是轰炸机[21]。虽然有一些增援，但空军力量仍降至只有战前的25%[19]。苏联的部队人数及武器，在数量上对德国国防军构成了严重的威胁，但它们的部署却犯了很大的错误，大部分部队都被部署成一条直线，而且在后方却仅有很少或几乎没有预备队[15]。华西列夫斯基在回忆录中指出当时苏军防守准备得比较好，这些苏军部署的错误很大程度上是由于德国国防军的初步成功[22]以及有很多苏联守军均缺乏经验及一些重要的装备（例如反坦克武器），当时他们的坦克都是过时的型号[23]。
苏军指挥官开始在城市周围构筑大规模的防御：
在维亚济马附近，西方面军以及预备队方面军很快就被德国第3及第4装甲集群的高速机动部队打败，德军在防线的薄弱地区打开缺口并很快开到红军防线的背后。由于德军装甲的2支先遣部队已于1941年10月10日在维亚济马会合，这导致仍在构筑阶段的防线建设变得无用[23]。4个苏联集团军 （第19、第20、第24及第32集团军）被困在该市以西的1个大型口袋中[22]。
与德军冀望的不同，被包围的苏军并没有轻易投降。相反，战斗极其猛烈及险恶，德国国防军需动用28个师来消灭包围圈中的苏军，这些部队本来需要支援进攻莫斯科。有1排甚至一个足额的步枪师的苏军逃出了包围圈而没有被完全消灭[23]，这让残余的西方面军及预备队方面军因而能够撤退及重新集结在莫扎伊斯克一线附近[22]。苏军在维亚济马的抵抗亦给予苏联最高统帅部时间来快速向防卫莫斯科方向的4个苏联集团军 （第5、第16、第43及第49集团军）进行增援及从远东运送3个步枪师及2个坦克师到前线[22]。
在布良斯克以南，苏军最初的表现比在维亚济马附近较好，德国第2装甲集群对整条前线周围实施包围行动，与前进中的德国第2集团军会合及分别在10月3日和10月6日攻占奥廖尔及布良斯克。德国空军第2航空队在10月3日出动984架次及击毁679辆车辆，10月4日100架俯冲及中型轰炸机破坏了铁路线并阻碍苏军在苏梅－利戈夫－库尔斯克地区的军队调动，切断了布良斯克方面军与西南方面军之间的连系[25]。苏联第3集团军及苏联第13集团军在这里被包围，但他们没有投降，军队分成小股逃出了包围圈，撤退至位于波内里与姆岑斯克的中间防线，到10月23日最后剩余的部队已经成功从包围圈中突围逃走[15]。
10月5日，苏军飞行员发现德军摩托化纵队在向尤赫诺夫方向急进，而从尤赫诺夫到莫斯科之间几乎没有苏联正规军布防。从10月6日一直到12日，尤赫诺夫、小雅罗斯拉韦茨一带的莫扎伊斯克防线全靠苏联波多利斯克步兵和炮兵干部学校的学员、第17坦克旅和当地的民警与后勤部队拦阻德军摩托化攻势。维亚济马包围圈里的苏军的战斗也牵制住了德国第4集团军和第4装甲集群的28个师，为朱可夫在莫扎伊斯克防线重整防御赢得了宝贵的时间。
1941年10月7日德军在这地区的攻势被阻止，同时下了第一场雪而且雪很快被融化，这令道路满布泥泞。这种现象在俄国被称为“大沼泽地”。德军装甲集群的推进大幅度被拖慢及未能轻易调动，削弱了士兵和坦克的作战能力[26]。德军第4装甲师在姆岑斯克附近遭到由德米特里·列柳申科指挥的苏联亲卫特别步兵第1军的伏击，包括米哈伊尔·卡图科夫的第4坦克旅，当德军坦克驶过时，新造好的T-34坦克隐藏在树木后面；匆匆组成的苏军步兵团阻击德军的进攻，苏军坦克从侧翼凶猛地攻击德军4号坦克编队。对德国国防军来说，这场败战的冲击很大，以致下令进行特别调查[23]。令人沮丧的是古德里安及其部队发现新型的苏军T-34坦克几乎不害怕德军的坦克火炮。这位将军写道：“我们的4号坦克上的短身75 毫米火炮只有在打中T-34型坦克后面的引擎才能击破它”。古德里安亦在其回忆录中写道：“俄国人已经学习了不少事”[27]。第2航空队出动1,400架次攻击苏军据点以支援第4装甲师，击毁了20辆坦克、34门火炮及650辆数种种类的车辆[25][28]。
之后苏军的大规模反攻进一步拖慢德军的攻势。在古德里安北面展开的用以包围布良斯克方面军的德国第2集团军的行动，现在却面对苏军强大的反攻。苏军的进攻有强大的空中支援，虽然数量上居于劣势，但德国空军仍对苏联空军造成了很大损失，152架斯图卡俯冲轰炸机及259架中型轰炸机阻击苏军的进攻，同时202架斯图卡俯冲轰炸机及188架中型轰炸机则打击布良斯克地区的补给线。苏军在开阔地区受到了猛攻，德国空军击毁了22辆坦克及超过450辆车辆，苏军的进攻被击溃[25]。
苏军初期之大败令人毛骨悚然，根据德军的估计，德国国防军在各个包围圈中共俘获673,000名苏联士兵[29]。虽然最近的调查建议将该数字稍微降低，但数字仍然庞大，俘虏514,000人，令苏军减少了41%的兵力。[30]但红军猛烈的抵抗却大幅地阻延了德国国防军的进攻，1941年10月10日当德军到达莫扎伊斯克防线时，发现了构筑坚固的防御工事及新到达的苏联军队。同一天格奥尔吉·朱可夫从列宁格勒被召回来任命为防卫莫斯科的总指挥官[15]。在华西列夫斯基的动议支持下，他立即命令集中所有可用的力量加强莫扎伊斯克防线[31]。当时数量上占优的德国空军仍掌握制空权，“俯冲轰炸联队”及“轰炸大队”（斯图卡及轰炸机小组）共飞行了537架次并击毁了440辆车辆 （主要是摩托车及货车）及150门火炮[32][33]。
10月13日斯大林下令共产党撤走，参谋总部及各个内阁政府官员由莫斯科撤往古比雪夫 （现时的萨马拉），只留下少数政府官员在莫斯科。撤退导致莫斯科居民的恐慌，从10月16日至10月17日，很多平民尝试逃离，蜂拥登上火车及阻塞出城的道路。虽然如此，斯大林公开宣布他会留在苏联首都，以防止出现惊慌及大混乱[23]。
10月13日，德军重新前进的时候，开始了持续两个星期的秋雨，泥泞的地面使得朱可夫把西方面军仅存的9万军队部署在莫札伊斯克防线的4条公路要道上：
1941年10月13日德国国防军已到达莫扎伊斯克防线，这是一条仓促地建成的双层防御工事防线，它从莫斯科西面之加里宁经由沃洛科拉姆斯克，一直延伸到卡卢加。但虽然最近得到增援，在该线上布防的苏军（苏联第5、第16、第43及第49集团军）兵力仍只有90,000人，远远不足以阻止德军的进攻[34][35]。基于这种情况，朱可夫决定集中力量在4个据点：沃洛科拉姆斯克、莫扎伊斯克、小雅罗斯拉韦茨及卡卢加。整个西方面军，在他于维亚济马附近被包围并几乎完全被消灭之后，从头开始进行了重组[36]。
莫斯科本身则被改造成了要塞。根据朱可夫的命令，250,000名妇女及十几岁的青少年不停地工作，在莫斯科周围修建了沟渠及反坦克壕沟，并在没有机械帮助下挖走了接近3,000,000立方米的泥土，莫斯科的工厂仓促地被转入战时体制：摩托车厂被转成冲锋枪兵工厂，一间钟表厂被转变成生产地雷雷管，朱古力工厂正在生产食品供应前线官兵，摩托车维修站用来维修损坏的坦克及军车[37]。但是情况依旧非常严峻，因为苏联首都仍然在德军坦克可到达的范围内，而且莫斯科现在是大规模空袭的目标，由于全面的高射炮防御及成功的平民灭火队，这些空袭只造成了有限的伤亡。
1941年10月13日（根据其它来源是1941年10月15日）德国国防军恢复进攻。首先德国国防军不愿直接进攻苏军防线，或者尝试向东北面防守较弱的卡里宁及南面的卡卢加和图拉推进以绕过防线，除图拉外其余城镇在10月14日被攻占。受到这次最初攻势的鼓舞，德军对防线发起正面进攻，在10月18日攻占莫扎伊斯克及小雅罗斯拉韦茨，10月21日占领纳罗-福明斯克，经过激战后在10月27日攻占沃洛科拉姆斯克[15]。由于侧翼进攻的威胁增加，朱可夫命令后退[23]并将部队撤退至邦那拉河东面[38]。
在南面，由于莫扎伊斯克防线并没有向南延伸，且该处没有任何苏军集中地以阻延推进，德国第2装甲集团军较轻易的向图拉前进，但是恶劣的天气、燃料问题及被破坏的道路和桥梁反而阻延了德军的进攻；古德里安的部队在1941年10月26日到达图拉外围[39]。德军的计划是立即攻占图拉并向莫斯科附近实施钳形攻势，但因为德军坦克在激战中被苏联第50集团军及平民自愿者所阻，对该城的首次进攻失败了，古德里安的部队被迫于1941年10月29日在该城前停止前进[40]。
大卫·格兰茨在其著作“当泰坦们发生了冲突”中将10月底的德国国防军与苏联红军比喻为头昏眼花的拳击手，他们摇摇欲坠的站着但是已经失去了击倒对方的力量。德军精疲力尽，只有33%的摩托车仍然可被正常使用，步兵师只有33%或50%的兵力，严重的后勤补给问题妨碍运送保暖衣服及其它冬季装备到前线。即使希特勒认为迫使苏联投降是长期的努力，但派遣坦克进入如此大规模的城市而没有步兵支援仍是非常危险的，就有如1939年付出高昂代价的华沙保卫战一样[41]。
为强化红军抵抗的决心及提高人民的士气，斯大林命令于11月7日在红场举行传统的阅兵仪式，苏军列队通过克里姆林宫并直接开往前线。阅兵作为象征着苏联抵抗的决心的活动经常被举行。但是，虽然有如此勇敢的表现，红军实际上却处于极其不利的地位。尽管有100,000名额外的苏军已增援克林及图拉以应付预期中的德军进攻，但苏军的防线仍然是比较薄弱。斯大林希望发动先发制人的反攻以攻击德军战线，朱可夫反对这个计划。他指出缺乏足够的资源实施反攻[42]，而德国国防军能够击退大部分反攻；这会耗尽红军本来用于防卫莫斯科的兵员及车辆。不过斯大林坚持己见，下令发动反攻。攻势只在莫斯科以西的阿列克辛取得成功，在这里苏军坦克给予德国第4集团军以重创，因为这里的德军缺乏反坦克武器以击毁新式且装备优良的T-34型坦克[41]。
虽然在阿列克辛局部失利，德国国防军在人力上仍然占有巨大的优势而且其地面部队数量超过苏联红军，德军参与对莫斯科最后总攻的仍然有943,000人及1,500辆坦克。而苏军人数上已减少至自己以前的一个缩影，只有500,000人及890辆坦克[15]。但是相比起10月份，苏军步枪师占有较佳的防守地位，他们在莫斯科周围形成一个三重防守圈，而且接近克林一带的莫扎伊斯克防线剩余部分仍在苏军手中。大部分苏联方面军现在采用双层防守，至少有两个步枪师在第2梯次编队，炮火支援及坑道工兵团亦沿预计德军将在攻击中使用的道路被集中起来。最后，苏联军队—特别是军官—拥有更多经验并且已经准备好以应付敌人之攻势[41]。
1941年11月15日地面终于结冻变硬，解决了泥泞的问题，德国国防军的装甲先遣部队先解除了束缚，再度企图包围莫斯科及在首都以东的诺金斯克会师。为达到这个目的，德国第3及第4装甲集群需集中其部队在莫斯科水库及莫扎伊斯克之间，向克林及索尔涅奇诺戈尔斯克进攻，从北面包围首都；在南面，德国第2装甲集团军力图绕过仍在苏联手中的图拉，向卡希拉及科洛姆纳前进，然后在诺金斯克与由北面南下之德军会师[15]。
1941年11月15日德国坦克集团军开始其对克林发起攻击。在克林苏军没有可供使用的预备队，由于斯大林正准备在沃洛科拉姆斯克发动反攻，因而将所有可供使用之预备队集中在南面。德军最初之进攻企图将两个苏联军团分离开来，即切断苏联第16及第30集团军之间的联系[41]。之后数天双方爆发激战，朱可夫在其回忆录提到：“敌人，不顾伤亡，正在进行正面进攻，使用任何可用的手段也要攻占莫斯科”[43]。虽然德国国防军作出极大的努力，但苏军的纵深防御减少了苏军伤亡，此外苏联第16集团军亦缓慢的后撤及不断阻击德军尝试突破防线的行动。
德国第3装甲集团军经过激战后最终在1941年11月24日攻占克林，于11月25日占领索尔涅奇诺戈尔斯克，但苏军的抵抗仍然顽强，战事的结果未分胜负。 据报导，斯大林询问朱可夫莫斯科是否可以被坚守，并命令他像一个共产党员一样诚实地回答，朱可夫回答说这是可以的，但必须要有预备队的增援[43]。11月28日德军第7装甲师攻占了横渡莫斯科-伏尔加运河的一个桥头堡－这是莫斯科城前最后一个天然障碍，距离克里姆林少于35 公里；[41]但在渡河后由于遭到苏联第1突击集团军的强大反攻而被迫退回对岸[44]。在莫斯科西北德国国防军到达希姆基的卡拉斯拉雅波利亚纳村，这里距离莫斯科不多于20 公里；[45]德军将领已可以通过双筒望远镜看出苏联首都的一些主要建筑物，但是不论苏军及德军均严重地筋疲力竭，一些旅只剩下150至200名步兵（一个连的足额兵力）[41]。
在南面的图拉附近，攻势在1941年11月18日恢复，德国第2装甲集团军尝试包围该城[41]。由于参战的德军在之前的战斗中已经遭受许多损失且仍然没有冬季军服，德军在最初的进攻中每天只前进5至10 公里（3至6 英哩），就像古德里安所说的“成功的机会低于正常”[46]。此外再加上德国装甲集团军受到位于图拉附近的苏联第49及第50集团军的侧击，令进展进一步迟缓。但是古德里安仍然能继续展开进攻，其部于1941年11月22日攻占斯大林诺戈尔斯克及包围了驻守在此地的一个苏军步枪师。11月26日德意志国防军装甲部队攻占了卡希拉，这里能控制通往莫斯科的主要高速公路。作为回应，苏军在翌日作出强大反击，别洛夫将军的第2骑兵军（包括仓卒召集编成的第173步枪师、第9坦克旅、2个独立坦克团及训练和军校单位[47]）在卡希拉附近阻击德军之进攻[48]。德国人在12月初被击退[49]，图拉本身亦因防御工事及坚决的守军包括士兵和平民的保护而被坚守。在南面德国国防军从未接近苏联首都。
由于在莫斯科南北两翼的进攻遭到强烈的抵抗，德国国防军在12月1日从正西面，在纳罗-福明斯克附近沿明斯克-莫斯科高速公路发动正面进攻。但是该攻势只有数量有限的坦克支援及遇到苏军的密集防御，在遭到苏军第1亲卫摩托化步枪师的抵抗及苏联第33集团军的侧击后，德军的攻势在4天后被击退，[41]，并付出了伤亡10,000人，损失数十辆坦克的代价[50]。
到了12月1日之后，最低气温已降至零下20摄氏度[51]，虽然对俄罗斯部队来说仍是可接受的温度，但是对于没有冬季军服的德军而言却是难以忍受的，此外德军的车辆也不是设计在如此严寒的气候下运作。这导致德军士兵中共有超过130,000个冻伤病例报告[34]，每上一发炮弹均需将上面的防冻剂除去[34]以及车辆在使用前先要热车数个小时。
轴心国在莫斯科的攻势停止了，古德里安在他的日记中写道：“对莫斯科的攻势失败了，我们低估了敌人的优点，包括他的面积及天气，幸运的是，我在12月5日下令部队停止前进，否则大祸将无可避免”[52]。
虽然德国国防军的攻势已经被阻止了，德国情报机构仍估计苏军已没有预备队可以使用及因此不能实施反攻，但这个估计证明是错误的。因为斯大林根据他的间谍理查·佐尔格的指出日本不会配合其盟友德国要求进攻苏联的情报，他从西伯利亚及远东地区调动新锐师团至莫斯科战线。当朱可夫及华西列夫斯基建议的攻势被斯大林批准后[53]，红军在12月初共投入了58个师的预备队[34]，但是虽然有这些新锐师团参战，参与反攻行动的苏军总数只有1,100,000人[51]，才比德国国防军多出一少部分。不过由于小心部署，在一些重要据点上却达到2对1的优势[34]。1941年12月5日反攻由加里宁方面军展开，经过2天的些微进展后，苏军收复卡拉斯拉雅波利亚纳及莫斯科附近地区的数个其它城市[15]。
同日希特勒签署第39号训令，命令德国国防军在整条战线上转入防御。但是，由于德军未能在现有位置上建立有效的防御及需后退以重整其战线，古德里安写道他与汉斯·舒密特及沃尔弗拉姆·冯·里希特霍芬在同日进行了讨论，并一致认为现时的战线不能坚守[54]。12月14日弗朗茨·哈尔德及京特·冯·克鲁格最终在没有希特勒的批准下同意向西面的奥卡河作有限度的撤退[55]。1941年12月20日在与德军高级指挥官的会面期间，希特勒撤销撤退令并命令其士兵坚守每一吋土地，如果有需要则挖掘壕沟以掩藏榴弹炮[56]。古德里安表示反对，指出这样做由寒冷带来的损失实际上比战斗中的损失更多，运送的冬季装备行动在波兰因交通问题而不得不停了下来[57]。相反的希特勒坚持坚守现时的战线，古德里安在圣诞节当日被解除职务，同时被免职的还有第4装甲集团军及第9集团军司令埃里希·赫普纳、阿道夫·斯特劳斯和费多尔·冯·博克亦被解任，官方的理由是健康原因[58]。希特勒的总司令瓦尔特·冯·布劳希奇，亦在早前的1941年12月19日被免职[59]。
与此同时苏联的攻势持续；在北面的克林及加里宁分别在12月15日及12月16日被解放，而加里宁方面军则继续向西推进，苏联的前线军指挥官伊万·科涅夫试图包围德国中央集团军群，但在热泽夫遇到顽强抵抗并被迫停止前进，从而形成了一个突出部直至1943年；在南面攻势则比较畅顺，西南方面军在1941年12月16日为图拉解围。
德国空军实施增援，希特勒认为这是唯一拯救战况的希望。两个整编中的轰炸大队（第2航空队的第4及第30轰炸大队）从德国飞抵前线，同时4个运输大队得到了由第4航空队派来的102架Ju 52运输机，这将用以撤出德国陆军单位及改善对前线部队的补给，这是最后的努力并取得了成效，德国空军部队的帮助阻止了中央集团军群的溃败。
虽说德国空军尽了最大努力，但苏联的空中优势对红军在莫斯科的胜利作出了莫大的贡献。从12月17日至12月22日德国空军在图拉附近击毁了299辆摩托车及23辆坦克，阻碍了红军对德军的追击[60]。但是在中路，进展则迟缓得多，苏军只是分别在12月26日、28日及在反攻开始后的10天内于12月26日解放纳罗-福明斯克、12月28日解放加里宁、1月2日解放小雅罗斯拉韦茨[15]。苏军的预备部队人数的下降导致反攻在1942年1月7日停止。反攻令筋疲力竭及冻伤的德军从莫斯科后退了100至250 公里（60至150 英哩），这次胜利极大地提高了苏军的士气且是德国国防军的首次战败，由于未能在一次快速打击中征服苏联，德国现在必需准备长期战争，巴巴罗萨行动已经宣告失败。
苏联红军的冬季攻势将德国国防军从莫斯科击退，但由于战争的前线仍然非常接近莫斯科，该城仍然受到威胁。因此，斯大林仍然十分重视莫斯科方向的防御，德军在初期的成功令他受到了极大的震撼[61]特别是苏军最初的攻势未能消灭由中央集团军群之数个师防守的热泽夫突出部。在莫斯科反攻之后不久，苏军实施一系列战役（热泽夫战役）以尝试消灭该突出部，双方在每一刻均付出巨大的代价。苏军估计损失500,000至1,000,000人，而德军估计损失300,000至450,000人。但是1943年初，德国国防军从突出部撤走导致战线向西转移。虽然如此，莫斯科战线直至1943年10月才平静下来，当时中央集团军群在第二次斯摩棱斯克战役中被苏军从斯摩棱斯克陆上走廊及第聂伯河上游左岸逐走。
由于对其军队未能攻占莫斯科而震怒，希特勒在1941年12月19日将陆军总司令瓦尔特·冯·布劳希奇解任并亲自兼任陆军总司令的职务[59]，控制了所有军事决策，并使大部分德军军官对其效忠，但使得希特勒身边的大部分将领是只有少许或缺乏实战经验的军官。古德里安在其回忆录中写道：“这使我们的关系变得冷漠，一种不能消除的冷漠”[62]。这增加了希特勒对其高级军官的不信任，而后他又撤换了35位高级军官，包括古德里安在内。莫斯科战役的失败最终决定了德国国防军的命运，德国现在必须打一场没有准备好的消耗战，尽管并不是一次压倒性的失败，但它令德国通过一次决定性的胜利打跨苏联的愿望落了空。
从1941年6月以来苏军首次能阻止及击退德军之进攻，这使斯大林变得过分自信及决定进一步扩展其攻势。1942年1月5日在克里姆林宫的会议上，斯大林宣布他正计划一次大规模春季攻势，将连续在莫斯科、列宁格勒及苏联南部附近发动全线进攻，虽然受到朱可夫的反对，但该计划最终被接纳[63]。但是由于苏军预备队的不足及德国国防军的战术技巧导致在热泽夫附近产生了巨大的伤亡，被称为热泽夫血肉磨坊，此外再加上苏联红军的一系列巨大失败，例如第二次卡尔可夫战役、未能消除德米杨斯克口袋和在为包围列宁格勒期间解围的安德烈·弗拉索夫的部队被围困等，最终导致德军成功在南部实施攻势及引致斯大林格勒战役。
无论如何保卫莫斯科是苏军抵抗轴心国入侵的象征，为纪念该战役，莫斯科在第二次世界大战欧战胜利纪念日20周年的1965年被授与英雄城市的称号[15]。
由于不同的来源提供了不一样的估计数字，在莫斯科战役中无论德国还是苏联的伤亡数字均成为讨论的议题。并不是所有的历史学家都同意该战役在第二次世界大战时间表中的时间，战役开始的时间通常是根据台风行动的开始日期1941年9月30日，进攻战役结束的时间也分别有两个日期。特别是，苏联官方档案资料（例如艾力臣[64]及格兰茨[65]）将1942年1月8日—4月20日的热泽夫-维亚济马进攻战役从莫斯科战役的范围中分离，认为热泽夫战役是一次独立的行动及导致苏联红军的莫斯科进攻战役在1942年1月7日停止 — 从而减少了伤亡数字。其他的历史学家，将热泽夫及维亚济马行动纳入莫斯科战役范围 （因此做成该战役在1942年4月20结束），导致较高的伤亡数字，[15][58]由于热泽夫—维亚济马进攻战役开始于1942年1月8日—4月20日及之前的反攻没有停顿，因此该立场是可以理解的。
其它来源的数字亦有很大分别，约翰·艾力臣在他的“巴巴罗萨：轴心国与同盟国”一书中指出从1941年10月1日至1942年1月7日苏联红军共有653,924人阵亡和失踪。[64] 格兰茨在他的“当泰坦们发生了冲突”一书中提到苏军在防御阶段共有658,279人伤亡及在直至1942年1月7日为止的进攻阶段另外有370,955人伤亡。[65]在1973年-1978年出版的“苏联伟大百科全书”中估计直至1942年1月德军共有大约400,000人伤亡。[58]另一个估计数字来自在1997年出版的“莫斯科百科全书”，作者在书中提到，根据不同资料来源，在红军莫斯科防御战役阶段德军有145,000人伤亡，而从1941年12月5日直至1942年1月7日的莫斯科进攻战役阶段德军有102,923人的伤亡，一共248,600人伤亡，其中大部分伤亡的苏军均曾一度被俘，但是根据纳粹德国国防军陆军中央集团军群的报告，在1941年10月1日—1941年11月30日和1941年11月30日—1942年1月10日的伤亡报告一共是35,757人阵亡，9,721人失踪（假定全部阵亡），一共45,478人阵亡，128,716人受伤，一共174,194人伤亡。[15]因此，从1941年9月30日至1942年1月7日为止，德国国防军陆军的伤亡数字大约为173,478—248,600人（苏联伟大百科全书 / 莫斯科百科全书的估计数字），而苏联红军的阵亡数字则为653,924人（艾力臣 / 莫斯科百科全书的估计数字）。
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