10月21日，戈利科夫被派往伏尔加军区的库兹涅茨克组建第10集团军（内有九个步兵师和骑兵师）。当时，集团军参谋部或司令部尚未建立，戈利科夫只得凡事躬亲。各师相距甚远，有的在莫斯科，有的却远在土耳其斯坦。大部分师都得边征集、边训练、边装备。第10集团军共有十万人，每个步兵师为一万一千人，每个骑兵师为三千人。但士兵中只有四分之一的人年龄在三十岁以下，有相当一部分人的年龄在四十岁以上。百分之九十是俄罗斯人，只有百分之四是乌克兰人。但最使戈利科夫和他的军事委员会担心的是，第10集团军只有五千三百八十七名共产党员和三千七百一十八名共青团员。于是，又向莫斯科的大本营和总政治部提出请求，结果给第10集团军专门派来了七百名党员。
据戈利科夫自己说，他在武器装备的供应方面却没有那么幸运。有两个骑兵师没有鞍具，有一个步兵师缺少七千五百支步枪，有三个步兵师和两个骑兵师没有无线电台。发到各师的汽车数量相差很大，有的达到定额的百分之五十九，有的只有百分之十二。普遍缺少火炮、重机枪、迫击炮和工程设备。戈利科夫原来以为会给他三个月的时间来组建这支部队，但11月24日沙波什尼科夫要他准备马上调往前线，这使他大吃一惊。
在莫斯科东南方，古德里安的第2装甲集团军进展很慢。11月13日在中央集团军群举行的奥尔沙会议（哈尔德出席了这次会议），讨论了工业城市高尔基（位于莫斯科东南二百英里，距奥廖尔四百英里）这样深远的目标，这使古德里安的参谋长利本施泰因感到既很惊讶，又很气愤。古德里安已获悉从西伯利亚调来的苏军部队正在他的暴露的东南翼的梁赞和科洛姆纳下车，有一个师已到达乌兹洛瓦亚。战斗力已遭到削弱的德军步兵师已不能对付敌人的这支生力军。苏军在T34型坦克的支援下实施的反突击引起了一片恐慌，甚至远在后方的博戈罗季茨克也受到了影响。古德里安说这是这次战役中第一次发生这种情况。第2装甲集团军编成内有施韦彭堡的第24装甲军、莱梅尔森的第47装甲军和两个步兵师。当时的兵力只有十二个师，而这十二个师中有一半是步兵师。可是11月21日古德里安仍然攻占了乌兹洛瓦亚。三天以后，北上开往莫斯科方向的第24装甲军在向奥卡河挺进途中攻下了韦涅夫。第239西伯利亚步兵师被包围在斯大林诺哥尔斯克地区，几天以后这个师才向东突围，在突围过程中抛弃了车辆和装备。11月23日下午，古德里安晋见包克，向他着重汇报了部队的疲惫状况。古德里安说，包克曾打电话请勃劳希契给予指示，他在一旁听到了他们的对话。经请示，包克和古德里安都明白了总司令无权作出任何决定。古德里安还说，后来又通过陆军总部的联络宫向哈尔德作了汇报，但也毫无结果。从此以后，包克对达成赋予他的远距离目标已不抱希望，只求他在土拉周围的处境能得到改善。就连这一点也是可望而不可及的，因为第24装甲军和克鲁格的第4集团军无法协调他们的钳形攻势。这次攻势的目的是消灭土拉地区博尔金的第50集团军，其作法酷似以前的布良斯克包围战。
在此以前，包克一直在他的前进指挥所里毫不留情地督促他的部队前进，但很明显，12月1日那天，他已认为不可能成功了。他向勃劳希契和哈尔德强调了他的部队的战斗力很弱，而当时却必须正面进攻敌人备有良好准备的阵地。哈尔德在答复包克时，只是着重提到他对部队的困难是了解的，并强调成败取决于最后的努力。
在莫斯科以东的地区，苏军又有九个预备集团军在组建中。
赖因哈特的第3装甲集群和赫普纳的第4装甲集群在莫斯科以北继续取得进展，但新开来的苏联部队打得很顽强。赫普纳日复一日地打电话请克鲁格从纳腊河地区向莫斯科西面发动进攻，但毫无结果。不知道为什么克鲁格与布卢门特里特和包克反复商讨此事，却又迟迟不采取行动。直到12月1日他才开始进攻。
隶属第57装甲军的第3步兵师，是准备参加第4集团军攻势的。这个师占据的地区靠近纳罗佛敏斯克。由于苏军从自己的阵地上可以观察到这个地区，因此这个师的处境很困难。苏军的狙击手躲在房屋的烟囱里，德军在白天只要稍有动静就会招来猛烈的迫击炮火。德军兵力薄弱，无法守卫全线，因此留下了一些很大的间隙，敌人就通过这些间隙渗透过来，深入到德军后方。夜间气温下降到摄氏零下二十度，所有的士兵在室外呆了一小时以后都得回到室内待一小时，以便使身体暖和过来，血液恢复流通。师长自己对攻势能否成功也有疑问，因为他当面的敌人是装备精良新锐的西伯利亚师，这些师都拥有大量的坦克和火炮。第29步兵团在仅有一个装甲强击炮连的支援下就发动了进攻，结果马上就遭到了重大伤亡。第3营的第5加强连是一个有七十人的战斗力很强的连，但到傍晚时仅剩下二十八人了。由于任务过于艰巨，这个师力不从心，再也不能前进了。第8摩托化团第3营损失了八十人，占该营总人数的三分之一，而这八十个人中，竞有五十八个人是在户外因过度疲劳或冻伤而失去战斗力的。军和集团军内部的协同动作很差。第15步兵师调上来的时间太迟，未能扩大第3师的战果。
对莫斯科构成直接威胁的是从北面进攻莫斯科的赖因哈特的第3装甲集群和赫普纳的第4装甲集群。苏军为了对付这一威胁，迅速从东部的第24和第60预备集团军调来一些部队。第7和第8近卫师是最先到达北郊的，这两个师成了弗拉索夫指挥的新编第20集团军的核心，从扎哥尔斯克地区调来的V·I·库兹涅佐夫的第1突击集团军在德米特罗夫和伊克沙湖之间发动了进攻，把德国人阻挡在莫斯科运河一线。赖因哈特和赫普纳的这两个装甲集群在距莫斯科仅十七英里的地方遭到这两个新锐的集团军与列柳申科的第30集团军和罗科索夫斯基的第16集团军的一些部队的阻击，不能前进。到12月3日，苏军这些部队已经在倾全力进行反击。苏军固守土拉、斯大林诺哥尔斯克和韦涅夫，阻止了古德里安的进攻，并牵制了德军部队，以致古德里安只有一个装甲师能对奥卡河上的卡施腊大桥发动最后进攻。由第17装甲师发动的这次进攻被博尔金的第50集团军和扎哈尔金的第49集团军击退了。这两个集团军在战斗中使用了坦克和骑兵，并把高射炮当作反坦克炮来使用。与此同时，古德里安已注意到的正在到达莫斯科以东地区的苏军部队科洛姆纳附近的第26集团军、梁赞地区的戈利科夫的第10集团军、位于西南方面军后方里亚日斯克附近的V·I·库兹涅佐夫的第61集团军都在接近第3装甲集团军的翼侧。第2装甲集团军和第2集团军的攻势一直继续到12月4日。但由于这两个集团军的战线已延长到二百多英里，它们的攻势越来越弱。克鲁格的第4集团军的攻势取得的尚值得一提的战果是他突破了苏军第33集团军在纳罗佛敏斯克以北的防线，并可进一步包围北面的戈沃罗夫的第5集团军。这次进攻是德军在这个战役中的最后一次进攻，并且于12月2日和3日在铁路线通过的戈列兹诺镇附近因遭到叶夫列莫夫的第33集团军和戈卢别夫的第43集团军的预备队的阻击而被迫停止，再想援助赫普纳，无论如何是来不及了。
12月3日，克鲁格自作主张命令第258步兵师撤退，因为他再也保证不了这个师的安全了。他在报告中说部队伤亡惨重。那一天包克又打电话给约德尔，以便元首对战局有充分的了解。德国人担心自己被围，于12月4日被迫退到纳腊河。次日，包克在陆军总部的默许下，结束了这场攻势。勃劳希契决定辞职，离开军队。
12月6日元首召集了一次会议讨论以后的行动。事实上希特勒自己的处境也非常困难。从他当时发表的看法和作出的决定中可看出以后在战争中他是如何考虑问题，如何作出决定的。他当时发表的看法和作出的决定规定了后来战争的打法，也断送了连续三任参谋总长。元首的头脑里尽是数字，这些数字中有一些是根本不精确的。根据他引用的数字，德国的损失是五十万人（而实际上超过八十万人），苏联的损失在八百万人到一千万人之间。他相信优势还在德国人一边，因此提出了许多应急措施，为东线调集人力，如：把因大量汽车报废或等待修理而无所事事的司机编成战斗部队，裁减后方机关的人员以及用战俘来替换德国工人等。他执意不肯从斯堪的纳维亚和西欧抽调一兵一卒。俄国人守住了莫斯科外围的阵地，德国人也会守住。当时元首在原则上并不反对缩短战线，只是后来改变了主意。但后方阵地不构筑好就不可能撤退。他眼睛仍然盯着顿涅次的煤和迈科普的石油。他也没有放弃在那个冬季重新夺取罗斯托夫的希望。
第二天元首就反对任何撤退，即使后退一步也不行。哈尔德哀叹德国陆军领导人的地位竟然低到这种地步。他认为总司令勃劳希契只不过是为元首搞点收收发发的工作，希特勒现在直接与集团军群打交道。最糟的是最高统帅部没有一个人（哈尔德这样讲实际上是指希特勒）知道部队的真实情况。最高统帅部的人相信只要在一些地方作一点修修补补的工作就能挽回局势，而实际上却需要作出一些重大的、影响深远的决定。哈尔德认为这些需要作出的决定之一就是把中央集团军群撤到奥斯塔什科夫和鲁扎河一线。哈尔德的批评和他所建议的解决办法是明智的，有道理的，但必须记住，使中央集团军群处于易受敌人攻击的危险境地，甚至把它推向绝境的并不是希特勒一个人。看来勃劳希契、哈尔德和包克都与希特勒一样决心在隆冬季节打到莫斯科。
12月8日元首勉为其难地同意放弃攻势，并下达了第39号指令，这项指令把攻势失败的原因归于“严冬出乎意料地提前降临”。
从此以后，德军在东线的处境是极其危险的。连续几个月德军处于守势，有时撤退，为避开大灾大难而挣扎着。苏军的反攻并不是12月6日德军攻势停止时才开始的，而是在这之前几个星期里就一直在不断增强了。苏军于10月下旬就已开始集结部队。11月间，梅列茨科夫集群、列宁格勒方面军和铁木辛哥的西南方面军奉命转入反攻，以减轻德军对莫斯科的压力，并使德军不能从翼侧抽调兵力增援中央集团军群。陆军元帅李勃看到对莫斯科的进攻失败，连他自己的部队也遭到苏军的猛烈进攻，也很焦急，终于在11月8日说服希特勒同意从提赫文撤退。李勃想向西南撤退大约二十英里，而元首却仍然坚持要使通往提赫文的公路和铁路处于火炮的射程之内。在离莫斯科再近一点的地方，科涅夫的加里宁方面军从11月27日开始进攻德军的翼侧。将近11月底的时候，朱可夫的整个西方方面军逐步取得了主动权，他的主要突击力量是新到达的V·I·库兹涅佐夫的第1突击集团军和位于莫斯科以北的弗拉索夫的第20集团军。此外，戈利科夫的第10集团军和大大加强了的博尔金的第50集团军也在中部发起了猛攻。在南部，铁木辛哥的西南方面军的翼侧对德军第2集团军和第2装甲集团军的压力也增加了。
元首一听说德军在罗斯托夫遭到失败就大发雷霆。他接受了伦斯德特的辞呈，任命赖歇瑙接替伦斯德特的职务。他与他的副官施蒙特一起飞到马里乌波尔去见他党内的老朋友党卫军近卫师师长泽普·迪特里希，想听一听他所希望听的所谓真实情况。结果他大失所望，因为党卫军也认为若是他们留在前方阵地，也难以生还。希特勒就这样怀着失望的心情回来了。为此他没有生泽普·迪特里希的气，却怨恨他以前的朋友和支持者赖歇瑙。出人意外的是，赖歇瑙因为批评了勃劳希契和伦斯德特而使希特勒感到不快。下一个受害者将是总司令勃劳希契。据凯特尔说，尽管希特勒竭力不让手下的人看出来，但事实上很久以来他已认识到在军事上德国不久将要遭到重大失败，现正在寻找替罪羊。但有更多的证据表明希特勒相信他的高级指挥官缺乏克服各种困难的热忱、意志、甚至才智。有些人的过错就更严重：他们开始怀疑元首的直觉和天才。这些人已被列入黑名单，准备干掉。从12月初开始，勃劳希契的处境越来越困难，由于形势的压力和希特勒的暴戾，他病倒了。12月15日，他视察中央集团军群回来，情绪很沮丧，因为他看不出有什么办法能使部队摆脱�