到10月底，終於把德軍阻止在加裏寧－土耳基諾沃－沃洛克拉姆斯克－多羅霍沃和阿列克辛以西一線。
盡管局勢依然嚴峻，為了鼓舞士氣，斯大林決定舉行傳統的十月革命節閱兵式。11月1日，朱可夫被召到最高統帥部。斯大林對他說：“今年十月革命節，除了開慶祝大會外，我們還想在莫斯科舉行閱兵式，你認為怎樣？前線的形勢允許我們這樣做嗎？”
朱可夫回答說：“德軍在最近幾天內沒有力量發動大規模進攻；他們在10月份的作戰中遭到了嚴重損失，現在正補充兵力和調整部署。但是德國軍隊能夠而且肯定要進行破壞。”
最後決定，無論如何要舉行閱兵式。為了防備在慶祝活動中遭到空襲，從友鄰方麵軍調來戰鬥機，以加強首都的防空。
11月7日上午，莫斯科軍民在飄著雪花的初冬霧靄中，在紅場舉行了盛大的、獨具風格的閱兵式。歌曲響徹雲霄，口號聲、歡呼聲連成一片，此起彼伏。斯大林威嚴屹立在列寧墓前，檢閱了紅軍隊伍。這些受閱隊伍經過檢閱後，立即開赴前線戰場。
斯大林在閱兵式上發表了激奮人心的演說：“這一群喪盡天良、毫無人格、充滿獸性的人，恬不知恥地號召消滅偉大的俄羅斯民族，消滅普列漢諾夫和列寧、別林斯基和車爾尼雪夫斯基、普希金和托爾斯泰、格林卡和柴可夫斯基、高爾基和契可夫、謝切諾夫和巴甫洛夫、列賓和蘇利柯夫、蘇斯洛夫和庫圖佐夫的民族！……好吧，既然德國人想進行殲滅戰，他們就一定會得到殲滅戰。今後我們的任務，蘇聯各族人民的任務，我們陸海軍戰士、指揮員和政治工作人員的任務，就是把侵入我們祖國領土的所有德國人－占領者一個不剩地殲滅掉！”
德軍10月攻勢既沒能消滅蘇軍，也沒有能夠占領莫斯科，而是被迫轉入防禦。經過半個月的休整，德軍於11月15日開始向莫斯科發起第二次大規模進攻。
這次德軍的兵力是：中央集團軍群3個野戰集團軍、3個坦克集團軍，總共74個師另4個旅。其中德軍第9集團軍牽製加裏寧方麵軍；第2集團軍牽製南方方麵軍。在蘇軍西方方麵軍正麵，德軍集中了51個師，大炮、坦克和其他裝備仍占優勢。
根據德軍的作戰方案：德軍第2和第4坦克集團軍進攻北麵的克林，從北麵包圍莫斯科；第2坦克集團軍在南邊占領圖拉，從南麵包圍莫斯科；第4集團軍在西麵包圍並消滅莫斯科以西的蘇軍，然後從南、北兩麵包抄，在莫斯科以東彙合。
蘇軍西方方麵軍兵力是：35個步兵師，3個坦克師、3個摩托化師、12個騎兵師和14個坦克旅。
11月15日清晨，德軍開始向克林進攻，23日占領克林。11月27日，另一支德軍占領了離莫斯科僅有24公裏的伊斯特臘。當天夜間，一小股德軍在雅赫羅馬地區渡過了莫斯科－伏爾加河運河。莫斯科已處於德軍大炮射程之內，德軍用望遠鏡幾乎可以看到克裏姆林宮的尖頂。這在希特勒和他的大部分將領看來，莫斯科似乎已在掌心。
在遠離前線的東普魯士的德軍大本營裏，希特勒反複端詳著地圖。在他看來，到莫斯科的最後一程，根本算不了什麼。他的軍隊已前進了500英裏，他們隻要再走二三十英裏便行了。希特勒對他的軍事顧問約德爾說：“我們最後再用點力就要勝利啦！”
希特勒命令陸軍元帥馮.包克向莫斯科作最後攻擊。他企圖在莫斯科舉行“勝利慶典”。
在這千鈞一發之際，斯大林打電話給朱可夫：“你堅信我們能夠守住莫斯科嗎？我懷著沉重的心情向你提出這個問題，希望你作為共P黨員誠實地回答我。”
“毫無疑問，我們能夠守住莫斯科，”朱可夫回答說：“但是，至少還需增加兩個集團軍和200輛坦克。”
“你有這樣的信心很好，要英勇頑強！”斯大林說：“你打電話給沙波什尼科夫，商量一下把你所要的兩個預備隊集團軍集中到哪裏。它們將於11月底準備好，但是坦克我們還沒有。”
到11月底和12月初，蘇軍第1集團軍和重新組建的第20集團軍，在第16和第30集團軍的緊密配合下，在空軍支援下，進行了一係列反擊作戰，解除了德軍從北麵和西北麵突入莫斯科的危險。
在莫斯科南麵，德軍於11月18日發起進攻，12月3日包圍了圖拉，切斷了它與莫斯科之間的鐵路和公路聯係。蘇軍連夜抽調增援部隊，向德軍發起了快速反突擊，在圖拉工人殲擊營的配合下，打退了德軍的進攻。德軍不能占領圖拉，就從東麵迂回，向卡希拉進攻，妄圖從守衛圖拉地區的蘇軍後方突破。蘇軍再次打退了德軍的進攻。就這樣，無論德軍如何企圖在11月份占領圖拉，從而打開通往莫斯科的道路，均未能得逞。圖拉像一個無法攻克的堡壘一樣屹立著！
圖拉捆住了德軍整個右翼集團的手腳。決定迂回圖拉，為此不得不把軍隊的部署拉長，古德裏安集團軍因此失去了應有的戰術密度。
德軍從南北兩翼包圍莫斯科的企圖失敗後，便單刀直入，從正麵直接突入莫斯科。12月1日，德軍從正麵納羅佛明斯克地區，向莫斯科發動最後一次進攻。經過5天激戰之後，德軍慘敗，被迫退到納拉河西岸。12月5日是莫斯科會戰關鍵性的一天。在環繞莫斯科周圍200英裏的半圓形陣地上，德軍全線被製止住了。傍晚，古德裏安通知包克，他不僅已經被止住，而且還得後撤。包克打電話給哈爾德說：他“已經到了山窮水盡的地步了”。