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在莫斯科地区的苏联空军也得到了大量增援，这些兵力包括从西北方面军空军调来的２个空军师，从预备队中调来的１个装备Ｐｅ－２的轰炸机团和２个伊尔－２攻击机团，１个航校学员组成的Ｐｏ－２轻轰炸机团和从中亚地区调来的一些装备老式的ＳＢ和ＴＢ－３轰炸机的团队。
更重要的是当德国空军在严寒的野战机场饱受煎熬的时候，苏联空军则驻扎在有良好的防寒设施的永久机场内，这使得苏联空军的出动率大大提高。
（Mars注，又一个将在柏林战役中重演的现像）
在消灭了维亚兹玛包围圈中的苏军后，德军的处境每况愈下，随着和莫斯科距离的缩短，德军遭到的抵抗也越强烈，当德军进至据图拉南３７英里的Teploye 时，德军忽然遭到苏军２个骑兵师，５个步兵师和１个坦克旅的猛烈反击，这个攻击使德国第２装甲集团军有被切断的威胁。
德国空军立刻做出了反应，他们不顾恶劣的气候条件，出动了大量轰炸机对苏军进行抵抗轰炸，在付出重大代价后，德军挡住了苏军的攻势。在莫斯科西北卡里宁地区，苏军也对德第９集团军和第３装甲集团军进行了反击，致使德第１装甲师于１０月１９日一度被围。
当德军在卡里宁地区遭到的压力越来越大的时候，德国第８航空军将大量空军实力投入这个地区，这些兵力包括第５２战斗机联队第１、２大队，第２攻击机联队第１大队和直属中队，和由Otto Weiss上尉指挥装备Ｈｓ－１２３攻击机的第２训练联队第２大队。在随后几天，德国空军对苏军地面部队展开了密集的轰炸，其中Weiss 上尉的Ｈｓ－１２３攻击机群表现尤为色，在德国空军的大力支援下，德国地面部队成功地将第１装甲师解救了出来。在这一仗后，Weiss上尉得到了“卡里宁之狮”的外号。Weiss上尉在法国战役中已经赢得了骑士十字勋章，这次的战功使他得到了勋章上的橡叶。
１０月２２日，德国空军决定再次对莫斯科进行大规模轰炸，这天德军出动了４８１架次，但这次的攻击遭到了苏联战斗机的有效拦截，没有一架德国轰炸机能抵达莫斯科上空。参加这场战斗的第５２战斗机联队第１大队Walter Todt 下士回忆“当我们才飞越第二道高炮网后，我们遭到大量ＭｉＧ－３和Ｉ－１６的攻击，激烈的空战立刻展开了，无线电中立刻充满了战友们的喊叫‘散开！’‘敌机在你背后！’‘胜利！’‘小心’，有些斯图卡未能从这次任务中返回，从此我们对莫斯科的白昼轰炸停止了。”
在苏联空军方面光第３４战斗机团就在２２日出动了５９架次并宣称击落了１２架德国飞机，严重的损失迫使德国空军停止了对莫斯科的白昼轰炸。
在于１０月２２日战死的德国飞行员中包括曾击落敌机２３架的第５１战斗机联队第７中队的Robert Fuchsr 士官长。第二天，德第５１战斗机联队又损失了至少２架Ｂｆ－１０９，第７中队的Gunther Schack下士被击落，他跳伞逃生，而第１中队曾击落敌机１２架的Heinz Schawaller士官长则在空战中阵亡，而第５３轰炸机联队于２３日损失了５架Ｈｅ－１１１，包括其第７和第８中队中队长Oswald Gabler中尉和Willi Haster少校在内多人阵亡。
德国空军在莫斯科地区的劲敌是莫斯科防空军的战斗机部队，第１７８战斗机团Gerasim Grigoryev 上尉于１０月２４日击落了他的第１架敌机——１架Ｈｅ－１１１，第１７８战斗机团装备着ＬａＧＧ－３，这是一种不成功的战斗机，但Grigoryev 却学会了怎样去发挥它的长处，他总是首先占据高度，然后据高临下地对德机发动攻击，他在战争中击落的１７架敌机的战绩大多数是用ＬａＧＧ－３取得的。１０月２４日的另一次空战中，第１６战斗机团的６架ＭｉＧ－３攻击了由１０架Ｂｆ－１０９护航的１８架Ｊｕ－８８，并宣称击落了６架Ｊｕ－８８，其中一个苏联飞行员Ivan Golubin少尉发现在他前面有１架Ｊｕ－８８，他给了那架轰炸机一个短射，那架Ｊｕ－８８开始冒烟，受伤的德机开始俯冲，企图从低空摆脱Golubin少尉的追击，但Golubin毫不放松，他一边追击一边连连射击，直到那架Ｊｕ－８８撞到地面为止，这是Golubin 少尉击落的第１架敌机，在接下来的２个月中，Golubin 将再取得个人击落敌机６架，集体击落敌机２架的战绩。在他于１９４２年１１月１日阵亡前，Golubin 总共击落敌机９架。
苏联空军的胜利并非毫无代价的，同在１０月２４日，第１６战斗机团２架ＭｉＧ－３被击落，飞行员被迫跳伞，另一个飞行员在空战中受伤，著名王牌Stepan Suprun 中校的弟弟Aleksandr Suprun中尉驾驶着遭重创的ＭｉＧ－３飞回了基地，在他的飞机上找到了１１８个弹洞，这天，德国第３战斗机联队直属中队宣称击落了５架ＭｉＧ－３，联队长Gunther lutzow少校击落了其中１架，从而使他成为第二个击落１００架敌机的德国飞行员。
１０月２７日，苏第１７７战斗机团的著名飞行员，“苏联英雄”称号获得者Viktor Talalikhin 上尉阵亡，他曾击落德国飞机５架，包括他那次著名的于莫斯科上空撞落的德国飞机。同一天，德第５１战斗机联队第７中队中队长Herbert Wehnelt 中尉发现一队伊尔－２正在攻击德军坦克部队，于是他立刻发起了攻击，在第一次掠袭时，他的僚机被伊尔－２的还击火力击落，但不顾危险Wehnelt 中尉独自进行了第二次掠袭，当他咬住了一架伊尔－２时，另一架伊尔－２从背后击中了他，这位击落敌机１９架的王牌飞行员受了重伤，但他幸运地获救。
第５１联队第７中队于１０天内损失了３位王牌飞行员，这使得该中队士气大减，这个中队的战绩也大减，在１１月和１２月间，该中队只击落了４架敌机。在卡里宁地区，Otto Weiss上尉的部队所驻扎的机场成了泥潭，并且不久他们本身遭到了苏军坦克部队的威胁，这些第２训练联队第２大队的Ｈｓ－１２３攻击机群多次起飞攻击向他们的机场冲来的苏军坦克，虽然德军成功地阻止了苏军地面部队的进攻，但苏军仍不断用大炮向德军机场轰击。第５２战斗机联队第１大队的地勤人员Kurt Warmbold 士官长回忆“１０月２９日，这是我们在东战场上最黑暗的一天，俄国人用他们的炮兵不停顿地轰击了我们一整天，Weiss 大队今天共有１７架飞机毁于炮火”。
随着德国空军处境越来越困难，苏联空军变得越来越活跃，１０月２９日苏第１６战斗机团的Ivan Golubin少尉迎来了他最成功的一天，在这天早晨他击落了１架Ｊｕ－８７和１架Ｂｆ－１０９，下午他又一举击落了２架Ｂｆ－１０９。据德国记录，德国空军在１０月２９日损失了１９架飞机，其中第２６攻击机联队第３中队损失的１架Ｂｆ－１１０颇值得一题。在这一天的空战中，苏第４２战斗机团的Bris Kovzan 少尉用他的ＭｉＧ－３撞击了１架Ｂｆ－１１０，那架德国飞机当场坠落，Kovzan的ＭｉＧ－３螺旋浆变形，不得不马上迫降。我手头正好有一张Kovzan少尉的照片，我曾见过德苏美英芬兰日本和中国等许多国家的王牌飞行员的照片，Kovzan看上去和他们毫无相同的地方，他长着一张娃娃脸，对着镜头笑的样子活象一个在课堂上做小动作被老师当场抓住的中学生。但正应了那句“人不可貌相”的话，在读了他的事迹后让我大吃一惊。在他的第一次空战中，他撞落了那架Ｂｆ－１１０，随后把飞机迫降在一个集体农庄旁，他居然有本事用农场中找到的工具对ＭｉＧ－３上受损的螺旋浆进行修理，然后驾着这架飞机摇摇摆摆的飞回了基地！更出奇的还在后面，当他的中队长Georgiy Zimin 大尉检查他的飞机时，惊奇地发现他飞机上大部份弹药还未用完也就是说Kovzan还没打光弹药就去撞击敌机！当Zimin问他为什么这么干时，Kovzan 少尉红着脸说：“大尉同志，这是因为我不知道如何射击！”
原来在航校毕业后，Kovzan被指派为飞Ｕ－２通讯机，他以前从未接受过任何空中射击和空中格斗训练！由于前线严重缺乏战斗机飞行员，他被调到第４２战斗机团，在参加战斗前，他受的唯一训练是“看这是射击按钮，这个是保险，看到敌机，这样解除保险，然后一按这个按钮，子弹就射出去了！”由此可以见到当时苏联缺乏飞行员到了何种程度。Kovzan少尉的运气救了他，他不但在这次撞击中活了下来，而且在不久后的一次空战中，他被击落，但他又一次幸免于难。随后Kovzan的技术和经验逐渐提高，他最终成了一个王牌飞行员，作为一个王牌飞行员，Kovzan有其独特之处，似乎他非常喜欢撞击敌机，在整个战争中他前后４次撞落敌机，这个记录至今无人能打破，更出奇的是他每次都安然无恙，Kovzan总共击落了２８架德国飞机，他去世于１９８５年８月３１日。
１０月３０日，德军占据的卡里宁机场连续第二天遭到苏军的炮击，第５２战斗机联队第２大队共有８架Ｂｆ－１０９被摧毁，面对这种情况，德军决定放弃卡里宁机场。Kurt Warmbold 士官长回忆“我们无法把所有的装备都塞进Ｊｕ－５２，俄国人的炮火越来越猛烈，每个人都急着离开这里。”在这次撤退行动中，１架Ｊｕ－５２被苏军炮火直接命中，当场人机俱毁，另有数架Ｊｕ－５２受伤。第１６战斗机团的Nikolay Semyonov中尉，Aliksandr Suprun中尉，Ivan Golubin少尉和Ivan Shumilov 少尉于９月３０日至１０月３１日间各击落了５～９架飞机，但这个团本身的损失也很大，在９、１０两月，第１６战斗机团光修复受伤ＭｉＧ－３的数目就达到４２架！而苏西方方面军空军宣称１０月间共击落德国飞机１２０架。
进入１１月后，在莫斯科地区空中，激烈的空战持续不断。１１月６日，第１６战斗机团Ivan Zabolotnyy 上尉在攻击１架Ｊｕ－８８时遭到了顽强抵抗，虽然最后他击落了这架轰炸机，但他的ＭｉＧ－３竟被还击火力击中了１２７次！同一天，莫斯科地区的德国战斗机部队遭到了沉重一击，这一天第５２战斗机联队第１大队大队长Karl…Heinz Leesmann 中尉在执行任务完毕返航途中犯了一个错误，在飞越前线时，他飞行的高度过低，于是他的飞机立刻遭到地面上苏军轻武器的密集射击，一发机枪子弹射入机舱，将他的右肘打的粉碎，Leesmann中尉勉强把飞机降落在德军机场上，但从此他退出了一线，作为骑士十字勋章获得者和击落敌机３２架的战绩，使得Leesmann中尉在部下中威望很高，损失了他对德军士气有相当大的打击，但德国飞行员们很快进行了报复，他们宣称于１１月４日～１５日间共击落苏联飞机３５架。在苏联空军方面，第１７８战斗机团Gerasim Grigoryev 上尉于１１月９、１５和２７日各击落１架Ｊｕ－８８。
虽然德国空军在激烈的战斗和严酷的自然环境中越来越疲惫不堪，但那些德国王牌们仍然能取得良好战绩，莫德士上校的老部队第５１战斗机联队宣称于１０月间击落苏联飞机２８９架，在这个地区战绩最高的德国飞行员是第５１战斗机联队第９中队的Edmund Wagner士官长，他在１０月中宣称击落了２２架苏联飞机，有一次当着双方地面部队的面，他遭到了５架苏联战斗机的攻击，但结果他将所有这５架苏联飞机全部击落！这赢得了德军地面部队的一片喝采，不幸的是同样是那些德国地面部队于１１月１３日目睹了Wagner士官长战死的情景，当时他正以树稍高度追击几架Ｐｅ－２，就在跨越前线时，Wagner的Ｂｆ－１０９被一架Ｐｅ－２的机尾机枪手击中。Wagner企图将飞机拉高以便跳伞，可是他的高度太低了，不一会儿，他的Ｂｆ－１０９撞到了地面，到他战死的时候，Wagner士官长共击落了５７架敌机。
这时苏联空军出动了大量包括伊尔－２在内的攻击机反复攻击疲惫的德国地面部队，在这些攻击中，伊尔－２攻击机的表现尤为出色，苏军宣称这些攻击行动于１１月１～１１日共击毁德军坦克４０６辆，各种汽车２０００辆和４２门大炮。著有《苏德战争》�