德国人的进攻向来以装甲部队担任先锋，在杀开一条缺口后，摩托化部队负责保护两翼，步兵部队则随后跟进，消灭失去整体防御屏障的守军。

参加“台风”行动第三阶段进攻的德军有13个装甲师和7个摩托化师，其中11个装甲师和6个摩托化师分别隶属于第2装甲集团军、第3装甲集群和第4装甲集群，指挥官分别是古德里安、莱因哈特（霍特在10月17调任南方集团军群担任第17集团军司令）和霍普纳。

这三个人名气最大的是古德里安，他是“闪击战”理论的创始人，也深得希特勒的宠爱。他的第2装甲集团军拥有独立指挥权，而第3和第4装甲集群虽然也是集团军级，但指挥上要归第9和第4集团军节制。也正因为此，古德里安的性格更骄横，中央集团军群司令冯·博克是他的顶头上司，他却时常不听招呼。

古德里安在台风行动开始后一直表现不佳，他的集团军账面上有4个装甲师、3个摩托化师和6个步兵师，但其实他手上的坦克并不多。至11月初，台风行动第二阶段进攻结束后，古德里安的手上只剩下50辆坦克，只能依靠紧急调给他的100辆坦克才能组织起新的攻势。

博克手上可用的坦克有900辆，其中大部分在莱因哈特和霍普纳的手上，两个装甲集群合计拥有700辆坦克。他们都集中在战线北段，所以当古德里安在南段的图拉苦苦挣扎时，反倒是北段的部队进展更大一些。

冬季的莫斯科每天日照时间很短，有的时候要到11时才能出现太阳，而到了下午4时，大地就再次陷入一片漆黑。1941年11月中旬，一场寒潮降临莫斯科，此前泥泞的地面终于被冻硬了。德国人正盼着这一刻，尽管他们身上还穿着单衣，每隔一个小时都需要用火烤一烤坦克和汽车的发动机，但至少这些重型装备可以开动起来了。已经打了一个多月的莫斯科，就在几十公里之外。按照以往的经验，至多几天时间就可以到达。

在战场南段，古德里安于11月18日发起了新的进攻。冯·博克赋予他的任务是先夺取图拉，然后拿下东北方向的卡希拉，最后切断莫斯科和梁赞之间的铁路线，这样就可以大大削弱苏军的后勤补给能力。

古德里安这一次没有选择从图拉防守严密的正面进攻，而是将主力第24、第47摩托化军和第53步兵军置于战线右翼，从苏军防御薄弱的图拉东南方向实施迂回，然后进入图拉城的身后与左翼的第43步兵军将图拉包围，同时北上冲向卡希拉。

古德里安的行动起初很顺利，第24摩托化军一举突破苏军第50集团军的防御，苏军第50集团军新任司令博尔金急忙调来1个步兵师和1个骑兵师，但遭到德军第24摩托化军和第54军的夹击。刚调过来的第239步兵师被包围。

11月22日，第24摩托化军所属第4和第17装甲师继续北上，目标直指卡希拉。

卡希拉同样是个交通枢纽，从这里向西50公里，德军第4集团军正进攻塔鲁萨，两军一旦会合，就可以围住苏军第49和第50集团军；从这里向北，距离莫斯科不到100公里；向东40公里则是梁赞至莫斯科的铁路线。

苏联人当然清楚卡希拉的重要性，而要保住这里就必须守住卡希拉以南的门户韦尼奥夫。苏军第50集团军司令员博尔金火速向韦尼奥夫派去了一个战斗群，包括2个轻型坦克旅（30辆坦克）和1个步兵团，与当地居民组建的一个坦克歼击营会合。德军先头部队第17装甲师在韦尼奥夫碰了钉子，于是选择绕过该城，继续向卡希拉推进，把夺取韦尼奥夫的任务留给了身后的第4装甲师。

11月24日，第4装甲师顺利攻占韦尼奥夫。11月25日，第17装甲师已经推进至距离卡希拉只有10公里的地段。

又是在关键时刻，战场局势发生了逆转。朱可夫给博尔金调来了援兵——别洛夫指挥的骑兵机械化集群及时抵达卡希拉，空军则专门组建了一个航空兵部队，负责从空中打击古德里安的装甲集群。在此期间，被德军包围在图拉东南的第239步兵师主动发起进攻，一举突破德军第47摩托化军第29摩托化师的包围圈，跑回了己方阵地。

进攻仅仅一个星期，古德里安就已经感到力不从心。他来到博克的指挥部，当面请求暂缓进攻，待补给到达后再恢复行动。博克没有同意也没有反对，而是让古德里安找陆军总司令布劳希奇，后者则干脆地拒绝了“不听话”的古德里安。

11月27日，别洛夫从卡希拉地区主动发起进攻。起初古德里安并没有重视，但他很快发现苏军的来势不小，第17装甲师被击退15公里，在战场上丢弃了大量武器和车辆。11月30日，古德里安集结第29摩托化师和第167步兵师突袭别洛夫集群，结果被打了回去。

在图拉以东，第47摩托化军主力于11月24日夺取了米哈伊洛夫，这里距离梁赞只有不到50公里。11月28日，德军第10摩托化师在向梁赞挺进时，遭遇苏军“伊尔-2”强击机集群的低空轰炸，使他们的进攻完全停顿下来。

拿不下卡希拉，也无法切断梁赞与莫斯科之间的铁路线。无奈的古德里安只好调整部署，回头继续围攻图拉城。12月初，第24摩托化军从北、东两个方向，第43军从西面对图拉发起进攻。12月3日，德军的新攻势取得了一些进展，当天第24摩托化军切断了图拉与莫斯科的公路、铁路联系。但接下来的进攻还是陷入停顿，尤其是西面的第43军，他们处在战线的中间，虽然和第24摩托化军合围着图拉城内的苏军第50集团军，但苏军第50集团军和其右翼的苏军第49集团军也紧紧地把他们夹在中间。他们不仅要向东进攻，还要防御从西面杀过来的苏军2个步兵师。

12月4日，第2装甲集团军的进攻彻底停顿。进攻前的三个目标——夺取图拉、卡希拉和切断铁路线都没有实现。此时住在托尔斯泰故居的古德里安沮丧至极，他跑到所属第31步兵师一个营的阵地前（他曾在这个营担任过连长），问自己的部下：你们还有能力再发动一次进攻吗？回答是肯定的，但古德里安知道那不过是在逞强罢了。12月5日，苏军用反击恢复了图拉和莫斯科之间的铁路线。博克在日记中写道：“第2装甲集团军迎来了黑色的日子。”

在战线北段，莱因哈特的第3装甲集群在第9集团军的掩护下，从加里宁南下，与霍普纳的第4装甲集群靠拢。他们的任务是先在伏尔加河水库地区围歼苏军第30和第16集团军，然后再一同南下莫斯科。相比于南翼对图拉、卡希拉的进攻，这里才是德军进攻的重点方向。中央集团军群冯·博克在进攻发起前，特意赶赴前线，亲自指导刚刚接任第3装甲集群指挥权的莱因哈特如何打垮当面的苏军。

11月15日，第3装甲集群左翼第27军的两个步兵师在第1装甲师战斗群的支援下，夹击苏军第30集团军第5步兵师的阵地。激战后苏军败退。

11月17日，第3装甲集群右翼第56摩托化军转入进攻，2个装甲师和2个摩托化师击溃苏军一个师，尔后强渡拉马河。当天苏军第58坦克师发起反击，但该师所有的198辆坦克都是轻型坦克，在德军面前不堪一击。

第30集团军的防线很快被德军的楔形坦克集群突破，这种情形在过去几个月多次出现，结果往往是动摇苏军的整条防线。恼怒的斯大林立即罢免了第30集团军司令员霍缅科的指挥权，并将该集团军从加里宁方面军转隶给西方面军。朱可夫则让他的“救火队员”列柳申科接管了这个集团军。

列柳申科率领第30集团军东撤，莱因哈特也紧随其后。

11月16日，霍普纳的第4装甲集群将进攻的矛头指向了伊斯特拉水库地区的苏军第16集团军。出发前，第4装甲集群的400辆坦克都备足了前行320公里的油料，而他们从进攻出发地到莫斯科的距离也不过60公里。在他们当面，苏军第16集团军有4个坦克旅，加起来不到140坦克。此外罗科索夫斯基手上还有4个步兵师，其中包括在沃洛科拉姆斯克减员严重的第316步兵师。

11月18日，德军从第16和第30集团军的结合部切入。几天前第16集团军奉统帅部的命令出动主力向德军反击，虽然打垮了德军第10装甲师，但自身也伤亡惨重。当德军开始进攻后，先前的损失显得弥足珍贵。不仅如此，罗科索夫斯基显然对德军的进攻反应迟缓，当晚他还冒冒失失地派出骑兵反击德军，结果这些骑兵与德军的两个装甲师相遇。苏联骑兵在绝望中损失了大量兵力，指挥员多瓦托尔率领残兵拼命突围才逃了出来。

在第16集团军的左翼，依旧是潘菲洛夫指挥的第316步兵师。他们的情况相当危急，德国人动用2个装甲师试图一举击垮他们。由于罗科索夫的指挥部遭到空袭，德军向第316步兵师发动进攻时，他刚好就在潘菲洛夫的司令部里，亲眼见到德军的上百辆坦克，以15～20辆为一组，在手持冲锋枪的摩托化步兵的配合下，一面开炮，一面发出隆隆的轰鸣声开了过来。

这一天，第316步兵师经历了一场血战。

第1075步兵团第4连见习指导员季耶夫率领一个28人的坦克歼击小组，手持燃烧瓶和手榴弹当面阻击德军坦克群，最后全部战死。第1073步兵团被德国人团团包围，罗科索夫斯基立即命令第18步兵师前去解围。

第1077步兵团在德军1个摩托化步兵团和17辆坦克的打击下损失殆尽。也就是在这一天，该师师长潘菲洛夫被一发迫击炮弹击中身亡。

几个小时后，该师被授予“近卫第8步兵师”称号。

第316步兵师的遭遇是第16集团军的缩影。通过对形势的判断，罗科索夫斯基认为自己的集团军应该撤出伊斯特拉水库以西地区，退到10公里之外的伊斯特拉河一线，那里的地形更有利于阻挡住德军的坦克。

他把想法上报给朱可夫，然而得到的答复是：死守现有阵地，决不允许后撤一步！

罗科索夫斯基不甘心，直接越过朱可夫上报总参谋长沙波什尼科夫元帅。后者在请示了斯大林后批准了罗科索夫斯基的请求。然而就在第16集团军准备后撤时，朱可夫再次致电罗科索夫斯基，他的电报直截了当：“方面军的部队是由我指挥的，我撤销关于部队后撤到伊斯特拉水库对岸的命令。我命令在已占领的防线上进行防御，不得后撤，一步也不得后撤——朱可夫大将。”

罗科索夫斯基执行了朱可夫的命令，但战斗进行到11月20日时，跟随第30集团军追击过来的6个德国装甲或摩托化师冲到了第16集团军的面前。罗科索夫斯基也顾不上向朱可夫汇报，直接命令部队撤到了伊斯特拉河。这样一来第30集团军的境况更加险恶，除了尾随而至的德军，他的侧翼也完全暴露了。

狼狈的列柳申科向朱可夫请求援兵，“哪怕一个师也好”。朱可夫的答复是：“方面军没有预备队，请自己解决吧。”接着朱可夫又命令列柳申科把部队向东撤到德米特罗夫。列柳申科起初还不明白朱可夫的意思，可一看地图就马上明白了，自己的司令部就处在德军的攻击箭头上。

他赶紧钻进一辆笨重的KV坦克逃跑，可在路上还是碰上了德国人。列柳申科从已经被击毁的坦克急救舱里钻出来，躲在坦克底部。就在这时，从莫斯科直接驰援过来的部队赶到了战场。

增援部队是沙波什尼科夫派出的，他们乘坐汽车从莫斯科出发，到达前线后立即投入了战斗。另一支增援部队是第17骑兵师，这支部队来自中亚，进入战场前甚至没有时间给马匹换上冬季马掌。更悲壮的是全师官兵挥舞着马刀冲向了德军坦克。在德军机枪猛烈扫射下，2000多名战士血洒战场，而德国人毫发无伤。

11月23日，德军攻占克林。两天后列柳申科又率领部队杀回了战场。

11月25日，曼陀菲尔上校率领的第7装甲师装甲战斗群继续东进，抢占了伏尔加运河上的一座大桥。此时运河已经结冰，德军越过运河攻占了一座为莫斯科供电的电站，并前出至距离莫斯科仅30公里的亚赫罗马。

12月1日，莱因哈特把德军第1装甲师投入战斗，第1、第6和第7装甲师齐头并进，其中第6装甲师的进展最大，已经距离莫斯科只剩下14公里，距离红场只有24公里。

与此同时，霍普纳的第4装甲集群也从西面冲向距离莫斯科只有不到40公里的伊斯特拉。第5装甲师、第10装甲师和党卫军第2装甲师在这里撞上了第16集团军。经过三天激战，伊斯特拉易手，德军又马不停蹄地冲向杰多夫斯克，这里距离莫斯科只剩下20多公里。

11月30日，斯大林得到报告，杰多夫斯克失守，这就意味着通往莫斯科的最后一道门被打开了。情急之下，他命令朱可夫亲自率部向敌人反击。即便朱可夫查明情况后向他报告，德国人只是占领了杰多夫斯克前面的几所小房子，城市本身还在苏军的手中，但是斯大林还是命令这位方面军司令员亲率2辆坦克和1个步兵连抢回那几所房子。可朱可夫离开指挥部没多久，斯大林又打来电话，让朱可夫尽快赶回司令部。

在接下来的几天，战斗依旧残酷。第3装甲集群从北面杀到了红波利亚纳，这里距离莫斯科30多公里。同样在11月30日这一天，德国陆军总参谋长哈尔德决定给中央集团军群派去13个重炮连和47400发炮弹，这些将于12月6日抵达前线的重炮连装备有150～200毫米口径的加农炮。

进入12月，双方在莫斯科以北、以西近郊继续激战。城里的斯大林已经紧张到了极点，稍有闪失德国人就会冲进莫斯科城。他给朱可夫打了一个电话，提出了这样的问题：“你坚信我们能够守住莫斯科吗？我怀着内心的痛苦在问你这个问题，希望你作为共产党员诚实地回答。”

朱可夫略作沉思，然后胸有成竹地回答道：“我们能够守住莫斯科，这是毫无疑问的。”

朱可夫的回答是有底气的，作为保卫莫斯科的前线指挥官，德国人虽然已经冲到了近郊，但他能感觉到德军已经耗尽了力量。而自己则依然能够得到来自后方的援兵。在莫斯科市区里，200门高射炮在必要时可以随时拉到前线，城里的20多万守备部队也可以随时投入战场。而为了夺回红波利亚纳，朱可夫从方面军预备队调来了1个坦克旅、1个炮兵团、4个火箭炮团，罗科索夫斯基还从第16集团军调出2个步兵营、1个炮兵团以及统帅部直接配属给他的2个加农炮团。在强大到瞠目的炮火支援下，德军第4装甲集群无法支撑，一口气撤退了6公里。

在莫斯科以北的伏尔加运河一线，列柳申科动用1列装甲炮兵火车和1个火箭炮营，彻底把曼陀菲尔的装甲战斗群打瘫，不得不放弃伏尔加运河东岸阵地，德军第3装甲集群也失去了进入莫斯科的可能。

在莫斯科的正面防线，担任进攻任务的是中央集团军群兵力最雄厚的第4集团军，共有15个师（含1个装甲师和1个摩托化师）。博克没有给克鲁格规定什么任务，而是让他等待时机：一旦苏军被德军装甲部队牵制到南北两翼，第4集团军可以从兵力被削弱的苏军正面阵地乘虚而入。

到了11月29日，战机似乎真的出现了，德军第3和第4装甲集群用持续强有力的进攻打得苏军节节败退。博克在这一天命令克鲁格采取行动，第4集团军领受的任务是：沿着纳拉河向莫斯科推进。行动至少要减轻第4装甲集群的压力。为了增强克鲁格的突击能力，博克还把靠近第4集团军的第57摩托化军划给了第4集团军。

12月1日凌晨5时，第4集团军也开始了向莫斯科进攻的最后一击。在库宾卡和纳罗福明斯克，第4集团军投入了6个师，当天，德军在苏军第33集团军的防线上得手，克鲁格随即又把第3摩托化师投入战场，迅速从突破口冲向库宾卡。

苏联人用最原始的方式挡住了德国人的进攻。他们把干草点燃，迫使德军的坦克和汽车改变进攻方向。

这次小突破让博克非常振奋。在两翼进展都陷入停顿时，他希望能在正面取得突破。12月2日，他甚至作出了苏军即将崩溃的判断。然而克鲁格对战局非常悲观，他的依据也很有说服力，投入突破口的部队立即引来苏军大批部队的反击，进攻部队已经出现被合围的危险。

12月2日夜，第4集团军所属的一支小部队（1个侦察营、1个反坦克连和1个高炮连）寻找到苏军防线的一处缝隙，成功渗透到莫斯科西南郊。得到消息的中央集团军群司令部，甚至拉斯滕堡的德军统帅部都为之一振。然而这支部队也同样引来了大量苏军。凌晨时分，从莫斯科驶出来的五花八门的汽车（包括出租车、卡车，甚至是高级干部专用的黑色轿车），搭载着大批工人营部队朝他们杀来，德国人见势不妙，赶紧溜之大吉。他们的后撤一下子点燃了进入突破口的德军其他部队的恐慌情绪，纷纷撤回了己方进攻出发地，第4集团军的进攻就此戛然而止。

哈尔德和博克对克鲁格的表现颇为不满，可又都无可奈何。就这样，整个中央集团军群全部瘫在了莫斯科城的周围。12月5日，博克命令第3和第4装甲集群与苏军脱离接触，撤退到伊斯特拉至克林一线。

当天傍晚，古德里安告知博克，由于第24摩托化军的位置过于暴露，他已经下令后撤。博克则在那天的日记中写道：“他也已经没有了当初的那番雄心壮志。”

当天更晚些时候，博克致电哈尔德：“‘老费迪’（指自己）已经山穷水尽了。”