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莫斯科战役发生在二战期间，从1941年10月2日到1942年1月7日。战斗在一个600公里的防御区分两个阶段进行。作为苏联的首都和最大城市，莫斯科是巴巴罗萨行动最重要的军事目标之一。
邮票中，苏联军队于1941年11月7日星期四在红场游行
这场战斗被德国人称为台风行动（英语：OperationTyphoon），需要从莫斯科南北两翼。在莫斯科以北，第3和第4装甲集团军与加里宁方面军对峙，同时切断了莫斯科与列宁格勒的铁路线，而第4集团军则直接从西部向莫斯科进军。根据安德鲁·罗伯特的说法，希特勒对苏联首都的进攻无异于全面进攻。“毫不夸张地说，二战的进程取决于这次大规模进攻的成功。”
起初，苏军通过在莫斯科地区形成三道防线进行战略防御。部署在这条战线上的是来自西伯利亚和远东军区的新招募的预备役和部队。德军攻势一停，苏军便以战略反攻和小规模攻势将德军推回奥廖尔、维亚济马和维捷布斯克，几乎将德军三军包围。这场战斗使德军遭受重大挫折，挫败了早日战胜苏联的任何机会。战斗结束后，陆军元帅布劳希奇被免去陆军总司令部（OKH）司令官的职务，希特勒任命自己为德军总司令。
德国入侵苏联的计划是巴巴罗萨行动，要求在四个月内攻陷莫斯科。1941年6月22日，轴心国入侵苏联，摧毁了地面上的大部分苏联空军，并利用闪电战深入苏联领土，摧毁了许多苏军。北方集团军群进军列宁格勒，南方集团军群进军乌克兰，中央集团军群进军莫斯科。到1941年7月，中央集团军群已经越过第聂伯河，通往莫斯科的路线。
1941年7月，德军攻占斯摩棱斯克（斯摩棱斯克战役）。斯摩棱斯克在向莫斯科进军的进攻起点刚刚中途。莫斯科的防御在这一点上非常脆弱，直接攻击莫斯科需要暴露德国的侧翼。为确保此类风险和乌克兰的粮食和矿产资源，希特勒下令南北转向，以摧毁列宁格勒和基辅的苏军因此，德国在莫斯科的进攻被推迟了。莫斯科的进军于1941年9月30日重新开始，但德国人被削弱了，而苏联新招募的军队则加强了莫斯科的防御。
希特勒认为，经济上推翻苏联是迫使其投降的唯一途径，而苏联首都是他的第二个目标。希特勒认为他可以通过剥夺基辅以东的乌克兰地区的经济资源来实现这一目标。“僵化的大脑使这种思维成为可能，”陆军总司令沃尔特·冯·布劳奇在支持直接进攻莫斯科时说。总参谋长弗朗茨·哈尔德坚信，在德军对苏军造成足够的伤亡后占领莫斯科将会取得胜利。许多德国高级指挥官都认同这一观点。然而，由于苏联在基辅以南的扩张和乌克兰的占领，希特勒否决了将军的建议。南进取得成功，截至9月26日，已有1,000,000名红军士兵阵亡、受伤和被俘，到1941年底，乌克兰的大部分地区已得到控制。
1941年，当所有男性在前线作战时，莫斯科的妇女在莫斯科周围修筑反坦克壕沟
夏末，希特勒再次将注意力转向莫斯科，将攻占莫斯科的任务交给中央集团军群。台风行动中使用了四支集团军（第2、第4、第9、第6 ）和支援三个装甲集团军（第2、第3、第4）和第2航空舰队。参与此次行动的德军人数不足200万人，拥有1,000至2,470辆坦克和突击炮，以及14,000门野战炮。然而，德国的空中力量已经被夏季的战斗严重消耗殆尽。德国空军有1,603架被毁飞机，1,028架受损。第2航空舰队只有549架飞机可用于台风行动。该飞机包括158架中型俯冲轰炸机和172架战斗机。至此，德军的进攻方式已经从闪电战转变为以歼灭战理论为基础的歼灭战。
德国人面对构成苏联防线的三条战线，这些战线位于弗迪亚兹马和布良斯克之间，阻挡了通往莫斯科的道路。形成这些地区的部队参与了激烈的战斗。苏军仍有125万人、1000辆坦克和7600门野战炮。苏联空军损失了7,500 到21,200 架飞机。一项了不起的工业成就，这些飞机开始更新，在台风行动开始时，苏联空军积累了936架飞机，其中包括578架轰炸机。
一旦苏联在维亚日马-布良斯克前线的抵抗被消灭，德军便开始向东推进，试图从南北向侧翼包围莫斯科。持续的战斗削弱了力量，供应困难开始恶化。古德里安指出，一些被摧毁的坦克在行动开始时从未重新部署并且燃料耗尽。
1941年11月，莫斯科外的泥泞
德军按计划进攻。在突破抵抗力较小的中心后，第3装甲集团军将机动部队向北划分，与第4装甲集团军一起完成了对Vjadzma的包围。另一支部队被派往南方与第2装甲集团军会合，并关闭了布良斯克的包围圈。1941年10月10日，苏联防线还在建设中，第2和第3装甲集团军的先头部队在维亚兹马爆发并与敌人交战。四支苏军（第19、20、24和32军）在莫斯科以西被包围。
被围困的苏军继续战斗，但德军出动28个师歼灭被围困的苏军。这28个师使用了能够掩护向莫斯科进攻的部队。苏联西部战线和预备役战线的残余部队被撤回并部署到莫扎伊斯克周围的新防线。尽管伤亡惨重，一些被围困的部队还是能够成功撤退，并从排转移到完整的步兵师维亚兹马附近的苏联抵抗为最高统帅部用四支军队（第5、第16、第43和第49）巩固莫斯科的防御赢得了时间。三个步兵师和两个坦克旅从东西伯利亚转移到后卫。
在莫斯科以西风雪中的德军士兵
在南部，靠近布良斯克，苏军最初比维亚兹马更有战斗力。第2装甲集团军机动包围该市，并与第2集团军的推进一起，于10月3日攻占奥廖尔，并于10月6日攻占布良斯克。
但随着天气开始变化，德国的行动受到了阻碍。10月7日下了第一场雪，随着雪融化，道路变成了泥泞的沼泽。这种现象在俄罗斯被称为rasputitsa现象。德军装甲的机动性大大降低，使苏军得以撤退和重新集结。
苏军在当地进行了反击。例如时间 ，第4装甲师在姆森斯克附近遭到德米特里·莱留申科的第4坦克旅的伏击。随着德军装甲的推进，新建的T-34隐藏在树林中。当苏联步兵的杂乱无章的部队阻止了德国的前进时，苏联坦克在侧翼盘旋并攻击了德国四号坦克。T-34的外观和威力让德国军方如此震惊，以至于古德里安的坚持导致成立了一个关于T-34的特别调查委员会。
莫斯科国防勋章于 1944 年 5 月 1 日授予 1,028,600 人。
10月31日至11月15日期间，陆军总司令部（OKH）暂停敌对行动，同时准备对莫斯科的第二次进攻。中央集团军群在数量上实力相当，但由于之前的战斗力竭，已经失去了战斗力。德国人意识到苏联援军不断从东方赶来以及大量后备队的存在，没想到苏联人会下定决心保卫莫斯科，即使付出了巨大的代价。没有。不过，与10月份的情况相比，苏军狙击师的防御工事更加坚固。三重防御网络包围了城市和克莱因附近的莫扎伊斯克部分地区。大多数苏联野战部队建立了多层防御，至少有两个狙击师驻扎在第二层。
9月30日，中央集团军群发起“台风行动”以占领莫斯科。从北方集团军群改道的第3装甲集团军和第4装甲集团军于10月2日发动进攻，并于10月7日在维亚兹马与苏军4支集团军（第19、20和19集团军（第24集团军和第32集团军）会合）. 中央集团军群在布良斯克和维亚兹马周围形成了两个攻城网，歼灭了数量可观的苏军，并有效地使以苏军第十九军为主力的西线司令部无法运作。10月5日至8日，德军将每个装甲大队重组为拥有自己的补给系统的装甲部队，以便更有效地操作装甲部队。10月3日，第2装甲集团军第4装甲师攻占奥廖尔，10月6日，第2集团军和第17装甲师攻占布良斯克。布良斯克军被切断了退路，但中央集团军群没有力量在腹地围剿苏军，于是各分队舍弃重型装备，向东逃去。
10月15日，斯大林下令共产党、将领和各政府官员从莫斯科撤退到古比雪夫（现萨马拉），只留下少数人员。这种撤离在莫斯科人中引起了混乱。10月16日至17日，许多平民试图逃跑，挤满了火车，堵塞了来自莫斯科的道路。尽管如此，斯大林仍留在莫斯科并试图维持秩序。
1941 年 11 月在图拉附近。苏联机枪手支援攻击步兵。
10月14日，第3装甲集团军越过伏尔加河，切断了连接莫斯科和列宁格勒的铁路，到10月底，第2装甲集团军能够到达图拉附近 。
苏联红军的冬季攻势将德国国防军从莫斯科击退，但由于战争的前线仍然非常接近莫斯科，该城仍然受到威胁。因此，斯大林仍然十分重视莫斯科方向的防御，德军在初期的成功令他受到了极大的震撼特别是苏军最初的攻势未能消灭由中央集团军群之数个师防守的热泽夫突出部。在莫斯科反攻之后不久，苏军实施一系列战役（热泽夫战役）以尝试消灭该突出部，双方在每一刻均付出巨大的代价。苏军估计损失500,000至1,000,000人，而德军估计损失300,000至450,000人。但是1943年初，德国国防军从突出部撤走导致战线向西转移。虽然如此，莫斯科战线直至1943年10月才平静下来，当时中央集团军群在第二次斯摩棱斯克战役中被苏军从斯摩棱斯克陆上走廊及第聂伯河上游左岸逐走。
纪念莫斯科战役60周年的俄罗斯邮票
由于对其军队未能攻占莫斯科而震怒，希特勒在1941年12月19日将陆军总司令瓦尔特·冯·布劳希奇解任并亲自兼任陆军总司令的职务，控制了所有军事决策，并使大部分德军军官对其效忠，但使得希特勒身边的大部分将领是只有少许或缺乏实战经验的军官。古德里安在其回忆录中写道：“这使我们的关系变得冷漠，一种不能消除的冷漠”。这增加了希特勒对其高级军官的不信任，而后他又撤换了35位高级军官，包括古德里安在内。莫斯科战役的失败最终决定了德国国防军的命运，德国现在必须打一场没有准备好的消耗战，尽管并不是一次压倒性的失败，但它令德国通过一次决定性的胜利打跨苏联的愿望落了空。
从1941年6月以来苏军首次能阻止及击退德军之进攻，这使斯大林变得过分自信及决定进一步扩展其攻势。1942年1月5日在克里姆林宫的会议上，斯大林宣布他正计划一次大规模春季攻势，将连续在莫斯科、列宁格勒及苏联南部附近发动全线进攻，虽然受到朱可夫的反对，但该计划最终被接纳。但是由于苏军预备队的不足及德国国防军的战术技巧导致在热泽夫附近产生了巨大的伤亡，被称为热泽夫血肉磨坊，此外再加上苏联红军的一系列巨大失败，例如第二次卡尔可夫战役、未能消除德米杨斯克口袋和在为包围列宁格勒期间解围的安德烈·弗拉索夫的部队被围困等，最终导致德军成功在南部实施攻势及引致斯大林格勒战役。
无论如何保卫莫斯科是苏军抵抗轴心国入侵的象征，为纪念该战役，莫斯科在第二次世界大战欧战胜利纪念日20周年的1965年被授与英雄城市的称号。
由于不同的来源提供了不一样的估计数字，在莫斯科战役中无论德国还是苏联的伤亡数字均成为讨论的议题。并不是所有的历史学家都同意该战役在第二次世界大战时间表中的时间，战役开始的时间通常是根据台风行动的开始日期1941年9月30日，进攻战役结束的时间也分别有两个日期。
特别是，苏联官方档案资料将1942年1月8日—4月20日的热泽夫-维亚济马进攻战役从莫斯科战役的范围中分离，认为热泽夫战役是一次独立的行动及导致苏联红军的莫斯科进攻战役在1942年1月7日停止—从而减少了伤亡数字。其他的历史学家，将热泽夫及维亚济马行动纳入莫斯科战役范围（因此做成该战役在1942年4月20结束），导致较高的伤亡数字，由于热泽夫—维亚济马进攻战役开始于1942年1月8日—4月20日及之前的反攻没有停顿，因此该立场是可以理解的。
其它来源的数字亦有很大分别，约翰·艾力臣在他的“巴巴罗萨：轴心国与同盟国”一书中指出从1941年10月1日至1942年1月7日苏联红军共有653,924人阵亡和失踪。
1941 年 7 月：在巴巴罗萨行动期间，德军的装甲部队穿过一个被撤离人员焚烧的炽热俄罗斯村庄
格兰茨在他的“当泰坦们发生了冲突”一书中提到苏军在防御阶段共有658,279人伤亡及在直至1942年1月7日为止的进攻阶段另外有370,955人伤亡。在1973年-1978年出版的“苏联伟大百科全书”中估计直至1942年1月德军共有大约400,000人伤亡。
另一个估计数字来自在1997年出版的“莫斯科百科全书”，作者在书中提到，根据不同资料来源，在红军莫斯科防御战役阶段德军有145,000人伤亡，而从1941年12月5日直至1942年1月7日的莫斯科进攻战役阶段德军有102,923人的伤亡，一共248,600人伤亡，其中大部分伤亡的苏军均曾一度被俘，但是根据纳粹德国国防军陆军中央集团军群的报告，在1941年10月1日—1941年11月30日和1941年11月30日—1942年1月10日的伤亡报告一共是35,757人阵亡，9,721人失踪（假定全部阵亡），一共45,478人阵亡，128,716人受伤，一共174,194人伤亡。
因此，从1941年9月30日至1942年1月7日为止，德国国防军陆军的伤亡数字大约为173,478—248,600人（苏联伟大百科全书/莫斯科百科全书的估计数字），而苏联红军的阵亡数字则为653,924人。虽然这些数字不同，但莫斯科战役仍能称得上是历史上最致命的战役之一。
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