在莫斯科战役之前，苏联红军为了阻挡德军的全面进攻采用的是“线”式防御的作战方法，他们建立了一条绵延长达2000多公里的防线。由于这条防“线”很长，苏军只能在防线上全面展开，这就导致整条“线”上的防守兵力很薄弱，缺乏防御纵深。德军只需要集中兵力就能轻松突破苏军防线的任意一点，然后对苏军后方的指挥部、炮兵阵地等予以摧毁，如果德军用钳形攻势还可以发起围歼战，这让苏军在前期损失惨重。在丢失了大片国土、损失了大量士兵之后，苏军终于清醒过来了，不再使用这种落后的“线”式防御，改为集中兵力、重点防御。
1941年7月份，德军中央集团军群对莫斯科的门户斯摩棱斯克发起了进攻，驻防在此地的苏军得到的命令是绝不后撤、战至最后一兵一卒，外围阵地打没了，那么所有能拿起武器的人就要打巷战，苏军的拼死反击导致德军损失也很大，虽然德军最终赢得了斯摩棱斯克战役的胜利，但是巨大的伤亡也让德军进攻的脚步为之一缓，而且由于德军中央集团军群受到基辅战役的拖累，拖延了对莫斯科方向的进攻。因此这两次的拖延让苏联红军多出来两个月的时间，用以加强莫斯科方面的防御。
苏联人民在挖掘反坦克壕
自从苏军判断出德军中央集团军群进攻的目标是莫斯科之后，他们就开始在德军通往莫斯科的方向上构筑防御工事。苏联红军在莫斯科的前方建立了一个正面宽达750公里，纵深达300多公里的防守区域。在这个防守区域内，苏军集中了约125万人，总计95个师的兵力，分为15个集团军和1个集团军级集群，编为三个方面军，分别为西方方面军、预备队方面军以及布良斯克方面军。西方方面军下辖6个集团军，合计35个师，其中有28个是步兵师，他们需要防御300多公里宽的正面；预备队方面军也由6个集团军组成，合计31个师，其中有两个集团军防御100余公里宽的正面，另外四个集团军则在西方方面军后面构筑了一个长300公里的防线，相当于二线防线；布良斯克方面军下辖3个集团军和叶尔马科夫集团军级集群，合计有29个师，其中有24个步兵师，他们需要防御剩下的300多公里宽的正面。
构筑工事的苏联妇女
在纵深方向，苏军依托有利地形陆续构筑了三道防线9个防御地带，形成了梯次大纵深防御体系，如果说进攻的德军像一支矛，那么苏军的防线就像层层设立的阻拦索，这支矛要想射向莫斯科，首先就要破开这一层层的阻拦索。苏军的这三道防线依次是勒热夫-维亚济马防线、莫扎伊斯克防线、莫斯科外围防线，越往莫斯科的方向走，防线所需要防御的正面越窄，其防守的兵力和火力密度越大。对于苏军来说，他们最缺的是时间，他们可以利用这一层层的阻拦索来削弱德军进攻的力量和速度，在300公里深的地带不停地消耗德军的兵力和装备，这样苏军就可以争取到时间组建新的预备队，同时也能从其他地方调集兵力。在这个防守区域内苏军还建立了大量的反坦克支撑点，反坦克支撑点是苏军为了应对德军的装甲集群而建立的，如果有同学想要了解反坦克支撑点的话可以看看我之前写的掘壕据守：细看二战德军东线战场上的支撑点防御战术。除此之外苏军还会预判德军有可能进攻的方向，然后在这个方向上布置大量的人工障碍和更加密集的地雷区。可以预见的是当疲惫的德军破开一层层的阻拦索到达莫斯科城下后，他们会发现这里还有无数以逸待劳的苏军预备队，而此时也是苏军反攻的时刻。
在莫斯科训练的士兵
苏军除了在大方向上增加梯次纵深防御以外，也要求各个防御单位摒弃“线”式防御，增加单位阵地的防御纵深。拿一个三团制步兵师来说，在莫斯科战役之前的“线式”防御中，苏军步兵师的三个团要全部部署在一线阵地上，因为它要防御很宽的正面战场，只能把所有的兵力都压在前线上，这样就会导致它的防御纵深仅有2~3公里。而在莫斯科的防御作战中，由于采取了重点防御，苏军不在像以前那样防御非常宽大的正面，也就是说，莫斯科战役中的步兵师所需要防御的正面变窄了。这样一来步兵师的一线阵地只需要部署两个步兵团就可以了，另一个步兵团则在后面构筑团级防御阵地，当作二线阵地使用，这样一来步兵师的防御纵深就加深到了4~6公里，甚至更深。当所有步兵师的防御纵深变大了之后，比步兵师更高一级的单位，比如集团军甚至方面军，它们的战场防御纵深就会变得更大。
莫斯科街道上的障碍物
苏军步兵师采用的是前2后1的防御部署，值得注意的是，苏军步兵师部署在后面的那个步兵团并不是该师的机动预备队，这区别于德军的团级预备队；德军步兵师的三个团也是前2后1的防御部署，虽然后面的这个团也会构筑防御阵地，但是它同样也是步兵师的机动预备队。对于苏军步兵师来说，在一线防御的步兵团没有上级的命令是绝对不能后撤的，这跟德军不一样，在一线防御的德军战地指挥官可以根据实际情况灵活性的选择后撤；而苏军的战地指挥官只能坚守阵地，等待上级命令，但是通常来说，苏军的上级很少下达撤退的命令，他们更倾向于让防线上的苏军血战到底，直到被德军歼灭为止，因为这样可以给德军造成更大的损失和消耗更多的时间，而莫斯科的苏军缺的就是时间。
森林中的防线
通常来说这个时候的苏军步兵师只会组建很小单位的预备队或者干脆不组建预备队，如果组建预备队的话其兵力是从部署在后面的步兵团里面抽调的，连人带装备都从后面这个步兵团里面抽调，除此之外苏军步兵师还会组建一个机动性的反坦克预备队。另外在莫斯科战役的时候，大多数苏军步兵师正面防御的范围在6~12公里之间，但是在一线阵地上，兵力并不是均衡部署的，苏军会预判德军主要的进攻地带，然后在这个地带上加强部署。对于步兵师来说，部署在这些重要位置的步兵师所需要防御的正面都比较窄，上级单位会加强这个步兵师的防御火力，比如加强上一个反坦克营或者增加野战炮的数量；本来防御正面就缩小了，这相当于防守每公里防线的人数和火力密度增加了，在其它防线每公里可能只会部署一个步兵连以及两三门火炮，但是在重要地带每公里防守的苏军可能会部署上两个步兵连或者一个步兵营，火炮数量也会增加到5~7门，有的甚至十几门，同时防御纵深也加深了。
除此之外苏军还建立了大量的假阵地和假的障碍物，并且加强了阵地的伪装和莫斯科上空的防空火力。假的目标起到迷惑的作用，可以误导德军，在吸引德军火力的同时还可以让德军提前展开进攻队形；为了让这些假阵地显得更加真实，苏军还会在这里部署上一些机动性的小股部队。
虽然苏军在战役爆发前就已经开始构筑防御工事，层层设防，并且改进了防御战术，但是所有防线上的工事建立的并不完整，并没有形成一个完整的堑壕防御体系，而且很大程度上是应急性建立的，因为时间太紧迫了，苏联根本没有足够的时间去建立和完善这些防线。就拿莫扎伊斯克防线来说，德军只用了8天就突破了第一道防御阵地。不过总的来说，莫斯科战役中的防御是苏德战争初期苏军准备最充分的了，虽然问题多多，但是苏军仍然靠它顶住了德军的进攻，并最终取得了战役的胜利。
