虽然德军在战争初期先发制人，凭借“闪击战”屡屡重创苏联红军，并且一直处于主动进攻的有利地位，但是随着战争的深入发展，每前进一步，面临的困难也越来越多，德军总参谋长哈尔德在1941年8月11日的日记中就曾写道：“现在已经越发的清楚，我们不仅低估了苏联的经济力量和运输力量，更重要的是，低估了他们的军事力量，我们最初计算敌人大约有200个师，然而现在已经察明番号的就有360个师，一旦十几个师被歼灭，苏联就会又投入十几个师，我军战线由于分布太长，显得过于单薄。”
兵临城下10月23日苏军布良斯克方面军残余部队在叶廖缅科的指挥下冲出了德军的包围圈，一路向莫斯科方向退却，古德里安带领第2装甲集群紧追不舍，由于10月初刚刚降了一场雪，积雪融化后致使道路变得泥泞不堪，因此延缓了德军装甲部队的推进速度，10月26日第2装甲集群抵达莫斯科以南193公里处的重要军工城市图拉，不过在苏联红军与图拉市民的顽强抵抗下，德军未能攻占该城，被迫于10月29日停止了前进；
德军机械化部队在泥泞不堪的道路上艰难前行
与此同时，霍普纳的第4装甲集群在10月13日和14日相继占领了莫扎伊斯克防线南端的卡卢加与小雅罗斯拉维茨，并抵达防线北端的沃洛科拉姆斯克外围，而霍特的第3装甲集群与第9集团军一部则绕过苏军防线夺取了莫斯科西北方向的加里宁，从而对西方面军右翼形成威胁，10月18日莫扎伊斯克失守，苏军的第二道防线完全被德军突破，莫斯科已经岌岌可危，次日，苏联国防委员会宣布莫斯科全城戒严，号召全体市民不惜一切代价、誓死保卫首都，并积极发动民众协助红军巩固莫斯科外围的防御工事，在市区内各个街道、巷口以及重要建筑物附近构筑防线，准备与德军展开巷战，莫斯科的政府机关和兵工厂也开始向后方进行转移；
莫斯科市内的反坦克路障
1941年10月底，德军集结了51个师，其中包括13个坦克师和8个摩托化机械师，企图以“钳形”攻势南北夹击莫斯科，按照希特勒的计划，第3、4装甲集群向沃洛科拉姆斯克、克林发起进攻，从西北或北面进行迂回包抄，第2装甲集群沿图拉、卡希拉、科洛姆纳方向进攻，从南面逼近莫斯科，双方在莫斯科以东的地区会合从而完成合围，而克鲁格的第4集团军则从正面实施攻击，负责消灭莫斯科以西的红军，第2和第9集团军负责牵制苏军西南方面军与加里宁方面军；
红场“亮剑”1941年11月初面对兵临城下的德军，斯大林在征询了朱可夫的意见后，毅然决定在10月7日“十月革命”纪念日当天照旧进行纪念活动，于是一场史无前例的、具有特殊意义的阅兵仪式在莫斯科红场如期举行，当天凌晨，斯大林在阅兵开始前发表了一段著名的演说：“红军和红海军战士、指挥员和政治工作人员、游击队男女队员同志们！全世界都指望着你们，认定你们是能够消灭德国侵略者的力量。陷在德国侵略者枷锁下被奴役的欧洲各国人民都指望着你们，认定你们是他们的解放者。伟大的解放使命落到你们的肩上，要不愧为这个使命的承担者！你们所进行的战争是解放的战争、正义的战争。让我们的伟大祖先亚历山大·涅夫斯基、季米特里·顿斯科伊、库兹马·米宁、季米特里·波扎尔斯基、亚历山大·苏沃洛夫、米哈伊尔·库图佐夫的英姿，在这次战争中鼓舞着你们吧！让伟大列宁的胜利旗帜指引着你们吧！为完全粉碎德寇而战！消灭德寇！我们光荣的祖国万岁！我们祖国的自由和独立万岁！在列宁旗帜下向胜利前进！”
苏联红军在大雪中走过红场接受检阅
随后，十几万苏联红军官兵在大雪中雄赳赳、气昂昂地从主席台前走过，接受斯大林等党政领导人的检阅，并在全体莫斯科市民的注视下从红场直接奔赴前线，抗击德军的入侵；
苏联红军坦克部队驶过红场接受检阅
这次阅兵极大的鼓舞了苏联军民的士气，罗科索夫斯基元帅在后来谈及此次阅兵时说道：“对苏联军民而言，这次阅兵是出乎意料的，也是激动人心的。虽然形式上是一次传统的阅兵，但个中意义截然不同，它展现了苏联人民对法西斯的蔑视。尽管胜利还很遥远，但人民已经看到胜利的曙光。对法西斯分子来说，这次阅兵却像是晴天霹雳。”
苏联红军走过红场后直接开赴前线
据德军将领在战后审判中描述，当时希特勒身边的人都没有向他汇报红场阅兵的事情，他是在收音机中偶然听到的，当阅兵进行曲和整齐的步伐声响起时，希特勒一时并没有反应过来，直到震耳欲聋的“乌拉”声传来，他才明白发生了什么，随即打电话给中央集团军群司令部，严厉斥责了冯·博克元帅，然后又命令德国空军第2航空队立刻对阅兵现场展开空袭，尽管当时莫斯科的天气条件并不适合空中作战，但是在希特勒的强硬要求下，德国空军还是派出了战机编队，就当快要接近莫斯科上空时，遭到了苏联空军和地面防空部队的猛烈阻击，甚至还有几架苏军战机直接撞向德军飞机，在损失了25架飞机后，德国空军只得无奈地返回了基地；
强弩之末1941年11月15日德军再次向莫斯科发起了大规模进攻，尽管寒潮的到来给德军造成了极大的困难，但土地封冻后也反而使德军装甲部队的推进变得更加顺利，很快德军就凭借坦克数量的优势打退了苏军的反突击，并成功突破了加里宁方面军左翼第30集团军的防线；
11月16日至20日第3和第4装甲集群在航空兵的支援下，向西方面军右翼的第16集团军展开猛烈攻击，企图突破沃洛科拉姆斯克至伊斯特拉的苏军防线并扩大进攻，不过红军战士们靠着坚韧不拔的顽强精神多次打退了德军的进攻，其中第316师的一支小部队，在中尉指导员克洛奇科夫·季耶夫的带领下同德军几十辆坦克进行了4个小时的艰苦战斗，他向全体战士说道：“苏联虽大，但我们已经无处可退，我们身后就是莫斯科”，这一口号后来也成为了全体莫斯科保卫者的战斗口号，最终苏军击毁德军坦克18辆，成功守住了阵地，而身负重伤的季耶夫在战斗中带着一捆手榴弹猛扑到了德军坦克底下，壮烈牺牲；
带领部队冲锋的苏联红军政委（二战经典照片之一）
虽然苏军拼死抵抗，但是在经过一系列不间断的战斗后，苏联红军不仅在兵员和武器装备方面损失惨重，余下的部队也已经是精疲力尽，11月23日德军成功占领了克林和索尔涅奇诺戈尔斯克，11月27日又攻占了距离莫斯科仅24公里的伊斯特拉，当晚第4集团军群先遣部队进抵伏尔加河畔，莫斯科已经处于德军的大炮射程范围内，于是希特勒命令中央集团军群司令冯·博克元帅尽快展开最后的攻击，他乐观的认为德军已经前进了800多公里，现在只需要再前进三四十公里就将取得最终的胜利；
相比较北线的缓慢推进，南线的德军可以说是毫无进展，自从10月26日抵达图拉外围后，古德里安始终没能攻占这座城市，他的第2装甲集群在南下和北上的途中遭遇了苏军的多次阻击，原本就损失不少，后来又在奥廖尔以北的姆岑斯克遭到了苏军近卫第1军的反突击，超过100辆坦克在此战中损毁，虽然勉强推进至图拉并完成合围，但是部队的攻击能力已经大打折扣，11月18日再次进攻未果后，第4集团军司令克鲁格命令第2装甲集群从东面进行迂回，向图拉后方的卡希拉发动进攻，受恶劣气候的影响以及部队机动能力的缺失，古德里安的部队在苏军连续的反突击下死伤惨重，德军总参谋长哈尔德在11月21日的日记中写道：古德里安打来电话说，他的装甲部队已经无能为力了，这位素来善战的坦克兵司令明确表示，他决定去见见中央集团军群司令冯·博克，请求收回发给他的命令，因为他实在无法执行；
莫斯科保卫战
由于德军南北夹击莫斯科的计划在苏军的顽强抵抗下破灭，于是冯·博克决定从正面作最后的攻击，为此，他把手里仅剩的一支预备队也投入了前线，准备放手一搏，12月1日德军的总攻开始，当晚，冯·博克在发给德军总参谋部的电报中对目前的整个形势发表了自己的意见：“过去14天的战斗已表明，认为抵抗的苏军会“土崩瓦解”的想法纯属幻想，要是部队继续压在莫斯科的大门前，几乎整个苏联东部的公路、铁路网都将在这里会合，那就意味着要与数量上占很大优势的敌人进行一场激烈防御战，集团军群现有的兵力不足，就连有限的时间也坚持不了，即使发生了不可能的事情从而取得了进展，德军现有的兵力仍不足以包围莫斯科，并同时抵御来自东南、东部和东北的反攻。”
脚踩雪橇，身着白色伪装服的红军战士
12月2日德军第258步兵师的一个侦察营突入到莫斯科城郊的希姆基，此地距离莫斯科市中心仅有20公里，甚至通过望远镜已经可以看到克里姆林宫的尖顶，但是在第二天清晨就被几辆苏军坦克和从市内工厂紧急动员起来的工人队伍击退，这是德军自战争爆发以来到达的距离莫斯科最近的地方，是第一次也是最后一次；
12月3日冯·博克再次给总参谋长哈尔德打去电话：“第4集团军的先头部队又撤了下来，我们就快要到‘山穷水尽’的地步了。”
苏联红军战士
反攻！反攻！苏德双方从11月16日至12月5日在莫斯科城下激战了20多天，德军共计损失官兵15.5万余人，坦克777辆，火炮、迫击炮数百门，尽管德军还有170万人，13500门火炮、1170辆坦克和600余架飞机，但是由于战线过长，兵力相对分散，且漫长的后勤补给线经常遭到苏联后方游击队的袭击，以致前线部队补给困难，更重要的是，11月底的莫斯科气温就已经下降至零下20几度，缺少冬季作战装备的德军非战斗减员不断攀升，可怕的严寒不仅严重摧残着士兵们的肉体，还沉重的打击了部队的士气，此外，因为天气寒冷而导致坦克的发动机无法启动，机枪和自动武器失灵，步枪的枪栓被冻油卡死，恶劣的气候条件给德军造成了极大的困难，越来越多的德军士兵已经到了实在无法忍受的地步；
冻死在路边的德军士兵
反观苏联方面，从西伯利亚地区赶来的红军预备队正源源不断地抵达，莫斯科每一辆还能动的机动车辆都被征用来运送部队，在获得第10集团军、第20集团军和第1突击集团军的补充后，苏联红军的总兵力达到了110万人，另有火炮7600多门、坦克700多辆、飞机1000余架，而这些新补充的红军部队不仅装备了大量T-34型坦克，携带有适合冬季作战的装备，士兵们也都身着足以御寒的棉衣，并且更加善于在冰天雪地中作战；
就在各个方向上的进攻都被成功遏制后，苏军统帅部认为已经具备了反攻和围歼莫斯科城下德军的条件，因此，斯大林任命华西列夫斯基为代理总参谋长，负责拟定反攻的作战计划，以粉碎德军南北两个最危险的突击集团为主要目标；
被誉为“雪地之王”的T-34型坦克
12月5日苏军加里宁方面军第30集团军率先对德军装甲集群的侧翼发起了反击，次日西方面军也对莫斯科南北两面的德军部队展开反攻，在苏联红军的猛烈打击下，德军被迫向后方撤退，12月6日晚古德里安率部撤出图拉，退至原来的防线附近，从12月9日至20日，苏军相继夺回了罗加切沃、伊斯特拉、克林、加里宁以及沃洛科拉姆斯克等地，一路溃退的德军在苏联空军的轰炸下死伤惨重，希特勒对于德军的败退大为恼火，愤怒的他下达了“不许后退”和“坚守阵地至最后一名士兵战死”的死命令，他深知德军一旦全线撤退，很可能就会重蹈两百年前拿破仑的覆辙，因而他以十分强硬的态度命令各部队必须有序的向后方退却，并在最近的补给点构筑和巩固防线，抵挡苏军的反击，12月19日德军陆军总司令勃劳希契和中央集团军群司令冯·博克先后提出辞职，希特勒批准了他们的申请，并亲自兼任陆军总司令；
12月25日古德里安未经请示就带领遭受重创的第2装甲集群后撤至苏萨河至奥卡河一线，接替冯·博克出任中央集团军群司令的克鲁格对此怒不可遏，他要求德军最高统帅部撤销古德里安的职务，第二天希特勒就解除了古德里安的职务，1942年1月7日第4装甲集群指挥官赫普纳因为公然违背希特勒的指令，擅自下令突围撤退，而被希特勒免职并开除军籍；
德军第4装甲集群指挥官埃里希·赫普纳上将
1942年1月20日德军已经全部撤退到距离莫斯科100至350公里处的地带，莫斯科周边的威胁被解除，至1月底随着德军从西欧调来的增援部队抵达东线战场，稳固住防线后的德军向苏联红军实施了反突击，苏军统帅部于是撤回了所有的外线作战部队，开始转入防御；
莫斯科保卫战的胜利，是苏联红军自苏德战争爆发以来取得的第一次大胜利，极大的增强了苏联军民抵抗德国侵略的信心，促进了世界反法西斯同盟的形成，德军包括15个坦克师和摩托化机械师在内的38个师遭受重创，共计伤亡50多万人，损失坦克1300余辆，火炮2500门，汽车15000辆以及大量武器装备，首次遭到重大战略性失败，希特勒企图以“闪击战”快速击溃苏联的计划彻底宣告破产，不得已在东线与苏联展开了持久战，而苏联红军也付出了伤亡和被俘70多万人的代价；
德军撤退时遗弃的汽车
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