随着红色信号弹飞上天空，一时之间从空中到地面，炮声隆隆，硝烟滚滚，苏军的全线总攻开始了。
德军未能占领莫斯科，概括来说主要是希特勒的过错。即使德军占领了莫斯科，战争也不会结束，因为苏联还有7200公里长的未征服地区。
希特勒想发动大的战役，但哈尔德等高级将领反对这样做。他们希望德军目前最好保存实力。希特勒认为哈尔德等人过高估计了苏军的实力，苏军毕竟在去年消耗了很多兵力。
从1942年开始，希特勒“事必躬亲”，干涉德军的所有指挥行动，这是与他作为元首的职责范围完全不相干的。任何兵力超过一个营以上的军事行动，事先都要与希特勒商量。
1941年6月22日，德军兵分三路突袭苏联，一路势如破竹，由于苏军所调兵团散在各地，加上准备时间仓促，又缺乏必要的通信器材，所以未能对德军形成突击。相反，苏军反突击部队受到严重损失，燃料、弹药消耗殆尽。
截止到7月4日，德军在南路推进了300至350公里。苏军在南路共阵亡17万人，受伤7万余人，平均每天伤亡1.6万人。
截止到7月10日，德军在中路几乎占领了白俄罗斯的全部领土，在西方向前推进了450-600公里。苏联西方面军共阵亡34万人，受伤7.6万余人，平均每天伤亡2.3万人。
德军在北路向前推进了400-450公里，进逼苏联的西北重镇列宁格勒。苏军西北方面军阵亡7.4万人，受伤1.3万人，平均每天伤亡4845人。苏联丧失了立陶宛、拉脱维亚和俄罗斯联邦的部分领土。
德军在侵苏战争前期达到了希特勒预想的目的，给苏军以极大的震慑，闪击战初战告捷。
在德军中路，7月底，斯摩棱斯克城周围的战斗进入了拉锯战阶段。辖于德军中央集团的古德里安指挥的第2装甲集群部队，同苏军展开了自开战以来最激烈的战斗。为了捍卫莫斯科面前的最后一个要塞，苏军不惜投入大量兵团反复冲击德军。
古德里安的装甲集团经过一个多月的连续作战后，精疲力竭，中央集团各部德军也已是损兵折将，失去了继续进攻的能力，被迫暂停进攻，转入防御。9月6日苏军收复了叶尔尼亚。
9月8日，苏军前进至乌斯特罗姆河与斯特丽亚那河一带，并以4个集团军的强大兵力在斯摩棱斯克附近再次转入进攻。
虽然苏军最终没能收复斯摩棱斯克，没能守卫住莫斯科前面的“最后一道大门”，但是，却把德军中央集团牵制在这一地区达2个月之久，极大地延缓了德军对莫斯科的进攻速度，并且极大地消耗了德军装甲兵团的战斗力，使得德军的“装甲闪击”的战车第一次在苏军阵地前抛锚。
在德军北路，到9月初，列宁格勒与苏联其他地区的铁路联系中断，德军突入拉多加湖南岸，占领什利谢尔堡，完成了对列宁格勒的陆上封锁。之后，德军开始收紧夹住列宁格勒的“巨钳”，用大炮轰击，用飞机轰炸，企图以此来消磨苏联军民的抵抗决心。
在德军南路，由于德军南方集群的大合围已经形成，很多苏军失去了有效的补给。至9月中旬，基辅附近的形势恶化了，很多苏军西南方面军的主力部队被德军南方集群分割包围。
9月19日，南路攻陷了乌克兰首府基辅。据西方史学家记载，在被希特勒称之当时“世界上史无前例的最大战役”——基辅战役中，苏军4个集团军被围歼，65.5万名指战员被俘虏。
整个苏联陷入危急之中，而德国的战车仍在隆隆地驶向莫斯科。一场猛烈的“台风”刮来，保卫莫斯科的战役就要开始了。
9月30日，希特勒亲自签发了进攻莫斯科的军事行动计划，此计划的代号为“台风”。进攻的德军不顾损失惨重，每日以俯冲轰炸机为先导，在苏军后方投弹轰炸，破坏苏军兵力的集结调动和补给运输，切断其战场各部分的联系；再以大炮、迫击炮火力破坏苏军前沿工事，压制苏军火力；然后以坦克为前锋，协同摩托化步兵疯狂推进。
德军企图首先围歼苏军主力于维亚济马和布良斯克地区，然后以强大的装甲摩托化兵团从南北两翼实施钳击，步兵兵团实施正面进攻，在入冬前攻占莫斯科。
德军中央集团军群沿西德维纳河、罗斯拉夫尔、格卢霍夫一线展开了3个集团军和3个装甲集群，第2航空队担任空中支援。其总兵力为76个师又2个旅，约180万人，坦克1700辆，火炮1.4万余门，飞机1390架。
这支部队步兵总数占苏德战场德军总兵力的三分之一、坦克师和摩托化师的三分之二。
失去莫斯科将对苏联人民和军队的作战意志产生巨大冲击，严重削弱苏联军队和人民战胜德国的信心。可以说，莫斯科得失与否，确实是影响苏德战争结局的关键性一战。
苏军在莫斯科接近地区先后建立勒热夫-维亚济马和莫扎伊斯克两道防线，西方面军（科涅夫上将指挥）、布良斯克方面军（叶廖缅科上将指挥）和预备队方面军（布琼尼指挥）在奥斯塔什科夫、叶利尼亚以西、波加尔以东一线及其后方组织防御。
苏军总兵力为15个集团军和1个集团军群，共125万人，坦克990辆，火炮7600门，飞机677架。
为加强莫斯科前线苏军的指挥能力，斯大林亲自与正在列宁格勒前线指挥对德作战的常胜将军朱可夫通话，要他立即飞到莫斯科，指挥莫斯科保卫战。
9月30日，古德里安统帅的德军坦克集群宛如一张弯弓上的利箭，直指布良斯克和维亚济马。从乌克兰到莫斯科，古德里安的部队进展神速。不到3天，古德里安就占领了布良斯克战线以东200公里的奥廖尔。
古德里安占领奥廖尔后，指挥德军迅速切断了布良斯克-奥廖尔公路，一举攻占了卡拉切夫，紧接着向布良斯克迂回包抄前进。10月6日，古德里安攻占布良斯克。
与此同时，德军第9和第4集团军分别以第3和第4装甲集群在杜霍夫希纳和罗斯托夫方向实施猛烈进攻，迅速突破了苏军的防御阵地，并从南北两面，急速地向维亚济马冲去。
古德里安的坦克第2集团军与南进的德第2集团军一起，于10月7日在布良斯克以南包围了苏军第13集团军和第3集团军一部，在布良斯克以北包围了苏军第50集团军的部分兵力。
希特勒再也按捺不住激动的心情，认为攻占莫斯科简直就是探囊取物。希特勒宣称，要在10天内占领莫斯科，并于1941年11月7日苏联十月革命节这天在莫斯科红场检阅德军进攻部队。
10月13日，被德军包围的苏联3个集团军经过英勇抵抗，大部被歼，余部退守莫扎伊斯克防线，有的在敌后展开了游击战。
至此，希特勒的“台风”计划的第一阶段行动完成，莫斯科的第一道防线被德军铁甲冲开了一道可怕的缺口。
从10月13日起，通往莫斯科的方向所有重要战场几乎都开始了激烈的战斗：位于莫斯科西南160公里的卡卢加于13日陷落；离莫斯科150公里的加里宁被夺占；离莫斯科100公里的鲍罗季诺遭到了德军的致命一击。
当时，莫斯科有一句很流行的话：“苏联虽大，但已无处可退却，因为后面就是莫斯科。”充分说明了当时的危急情况和莫斯科军民高涨的士气。
10月17日，苏军新建立了加里宁方面军，从莫斯科西北面阻击德军的进攻。10月19日，国防委员会号召莫斯科人民要不惜一切代价，配合红军，誓死保卫莫斯科。
但是，由于德军过于强大，西方面军不得不向后撤退，莫斯科的危险与日俱增。
10月底，希特勒集中51个师，包括13个坦克师和7个摩托化师的兵力，再次强攻莫斯科。
为了进一步鼓舞士气，斯大林决定举行传统的十月革命节阅兵式。
阅兵式开始前，斯大林威严地站立在列宁陵墓上，向全体官兵发表了振奋人心的演说：“同志们！今天是在严重情况下庆祝十月革命胜利24周年的。德国强盗背信弃义的进攻和强加于我们的战争，造成了对我国的威胁，而我们的国家，我们举国上下，都已经组成了一个统一的战斗营垒，同我们陆海空一起，共同粉碎德国侵略者，彻底粉碎德国侵略者！消灭德国占领军！我们光荣的祖国、我们祖国的自由、我们祖国的独立万岁！在列宁旗帜下向胜利前进！”
斯大林低沉而充满力量的演说回荡在莫斯科红场上空，通过电波传向苏联前线和世界各地。受检阅的部队、坦克和大炮，经过检阅台后，直接开往前线。
这时候，整个莫斯科成了一座与德军拼搏的大军营。
希特勒立即调兵遣将，敦促博克再次从地面进攻莫斯科。
希特勒的新计划是：赫普纳的第4装甲集群与赖因哈特的第3装甲集群并拢，在施特劳斯第9集团军的配合下向沃洛科拉姆斯克、克林方向进攻，准备从西北方接近并迂回包抄莫斯科，如有可能从北面突破。
古德里安的第2装甲集团军向高图拉、卡希拉、科洛姆纳进攻，从南面逼近莫斯科。莫斯科以西宽大的正面，由德军第4集团军实施攻击。
对于这个计划，希特勒极为满意，很快向部队下达了指令：从11月13日起，全线进攻，目标——莫斯科！
德军在最初的几天总算争气，频频得手，以不快不慢的速度向莫斯科逼近。随着德军的逼近，苏军的抵抗也越来越顽强，常常是打得整营、整团不剩一个人为止。
12月3日，德军第4坦克集团军在遭受重大损失后攻占红波利亚纳。红波利亚纳就是今天的梅季希，位于莫斯科西北郊，距莫斯科只有27公里。从这里，坦克最多一个小时便可以抵达莫斯科城。
德军元帅博克闻讯赶来，手拿望远镜，当克里姆林宫尖顶那颗闪闪的红星尽收眼底时，不禁低声道：“看到了，红星……我总算看到了……”
然而，博克怎么也没有想到，这是他此生此世所能到达的距莫斯科最近的地点，也是德国军队第一次和最后一次看到莫斯科。
德军越逼近莫斯科城，苏军抵抗越激烈。希特勒隐隐感到，供应线大大拉长，德军连续作战，十分疲劳，这一切都必须及时解决。
然而此时，苏联的酷寒降临，莫斯科被冰雪覆盖。希特勒原以为莫斯科指日可待，未作好在酷寒条件下作战的准备，因此德军逐步陷入进退不得的困境。
莫斯科的第一场雪是在10月6日深夜落下的，这场初雪比平常年份提前了一个月。天气的突然变冷对大雪中的德军来说，真是“雪上加霜”。
11月3日，第一次寒潮袭来，气温一下子降到零度以下，而且还在迅速下降。11月27日，一场突如其来的凛冽寒风，在不到两个小时的时间里，使莫斯科的气温骤降至零下40度。
大雪覆盖了莫斯科周围绵延上千公里的河流、山谷、村镇以及桥梁、道路，也覆盖了希特勒军队的营帐、野战机场、坦克、大炮和车辆。
寒冷的天气使得大炮上的瞄准镜失去了作用；纳粹军队的飞机油箱被冻裂；坦克因燃油冻结，必须在底盘下烧火烘烤，才能发动；坦克及随行车辆行进时必须装上防滑链，否则无法控制，随时会打滑横行，翻落沟底；步兵的步枪、机枪等自动武器也因冻结而无法使用。
德军官兵的处境更为悲惨，由于冰雪封冻，伤员运不走，补给送不来，他们身穿单衣，龟缩在战壕里，挨冻受饿。
许多士兵穿着单薄的夏衣，在凛冽的寒风中瑟瑟发抖。数以千计的德军士兵被冻成残废，许多人染上了寒颤不止、全身无力的疟疾。
德军每个团中冻伤的官兵，少则数百，多则上千，因而战斗力锐减。由于严重的战斗减员和冻伤减员，德军兵力在一天天减少。
严寒同样给苏联军民带来了巨大的困难，他们不得不在寒冷彻骨的天气里挖防坦克壕、设置障碍物等。
但是，苏军本来就是在严寒中长大的，况且穿得暖暖的，足以御寒；苏军供给和适应力要比德军强得多；苏军的机枪都披着枪套，以防止冻坏；武器上涂有冬季润滑油，使用起来非常灵活。
这时，以斯大林为首的国防委员会作出了在莫斯科近郊歼灭德军的决定，转入反攻，给敌人以歼灭性打击。
12月4日，苏军第16集团军在红波利亚纳地区发起反击。红波利亚纳镇几次易手，苏军与德军在镇外展开了坦克战，镇内则进行着巷战。战斗异常激烈，整整持续了一天，天黑时，苏军终于把德军逐出了红波利亚纳。
莫斯科周围地区的战斗也都呈现出这种白热化状态。苏德双方都知道，这是最后关头，谁能坚持到最后，谁就能取得胜利。
12月5日，德军称之为“最黑暗悲惨的一天”，对苏军来说则是整个莫斯科保卫战中最关键的一天。
这天，德军在环绕莫斯科周围320多公里的半圆形阵地上，全线被苏军制止住了。不仅如此，古德里安装甲部队第一次被迫后撤，不得不在冰天雪地上组织起防线。
12月5至6日，苏军利用德军预备队消耗殆尽、失去进攻势头的有利时机，出其不意地在加里宁至叶列茨一线开始了全线反攻，实施了加里宁、克林-索尔涅奇诺戈尔斯克、图拉、叶列茨和卡卢加战役，并在罗斯托夫和季赫温方向展开了积极的配合行动。
这条战线长达1000多公里，从莫斯科前沿，北起加里宁，南至叶列茨。瞬时间，信号弹腾空升起。大炮的轰隆声冲破了漫天大雾和清晨的沉寂。“喀秋莎”火箭炮炮弹划出一道道火光，冲向德军阵地。
12月8日下午，克留科沃及其邻近的几个居民地被苏军解放。向西逃窜的德军丢下了54辆坦克， 120辆汽车及很多武器、弹药和军用器材，还丢下了两门300毫米火炮。显然，这是德军准备用来轰击莫斯科的武器。
克留科沃大街上，挤满了欢迎的群众。许多妇女、小孩和老人顶风冒雪伫立在街头。他们衣衫褴褛，饥饿，面容憔悴，饱受了战争的痛苦，但看得出来，他们这时是多么的高兴。
“红军万岁！红军万岁！”“把德国侵略者打回老家去！”的口号响彻大街小巷。随着战斗的进展，士气高昂的苏军逐渐掌握了主动权。
反攻的第一天，科涅夫率领的加里宁方面军已经突破了德军的防御阵地，越过封冰的伏尔加河，向精疲力尽的德军扑去。他们进展迅速，很快就插进到德军第9集团军的右翼，到达了德军后方大约20公里的图尔吉诺沃。
苏军第29、第31集团军在反攻当天渡过了伏尔加河，对固守在加里宁的德第9集团军的交通线构成了严重威胁。
在骁勇善战的列柳申科将军率领下，苏军第30集团军击溃了德军在德米特罗夫西北的抵抗，冲向克林地区，威胁着德军第3、第4坦克集群的后方。
库兹涅佐夫率领苏第1突击集团军在德米特罗夫以南进攻，越过了莫斯科和加里宁铁路。苏军第20和第16集团军的进攻更是顺利。
从12月8日开始，德军被迫转入防御。此时，德国军官中弥漫着越来越浓厚的悲观情绪。
希特勒决定解除陆军总司令布劳希奇元帅等高级将领的职务，自任陆军总司令，命令东线德军坚守待援。但是，德军仍然挡不住苏军的脚步。