Главным рубежом сопротивления была определена Можайская линия обороны, куда срочно направлялись все силы и средства. Для уточнения фронтовой обстановки и оказания помощи штабам Западного и Резервного фронтов в создании новой группировки сил для отпора врагу в районы событий прибыли представители Государственного Комитета Обороны и Ставки В.М. Молотов, К.Е. Ворошилов и А.М. Василевский.
Командование Западным фронтом было поручено Георгию Константиновичу Жукову. Проводится дополнительная мобилизация добровольцев в дивизии народного ополчения. К Москве перебрасывались свежие формирования с Дальнего Востока, из Сибири и внутренних районов страны. Состоялось решение построить на непосредственных подступах к столице еще одну линию обороны – Московскую зону.
Немецкая 3-я танковая группа повернула на Калинин и 14 октября взяла город. Основной задачей такого поворота было создание нового «котла» силами 9-й армии и 3-й танковой группы на северном фланге группы армий «Центр».
Для прикрытия столицы с северо-запада 17 октября был создан Калининский фронт (генерал-полковник И.С. Конев). Войска фронта при поддержке авиации ежедневно атаковали немцев в районе Калинина, что остановила наступление немцев через Калинин.
После тяжёлых боёв 23-24 октября в районе Мценска немецкие войска продолжили наступление на Тулу. Однако выход из окружения остатков многих соединений Брянского фронта позволил Ставке восстановить фронт. 29 октября немецкие войска вышли к Туле. В течение трёх дней немецкие войска предпринимали яростные атаки с целью овладеть городом, которые были успешно отбиты. Предпринятые противником в первой половине ноября новые попытки захватить Тулу фронтальным ударом с юга, а также обойти её с севера были отражены советскими войсками и населением города.
Главные удары противник наносил в направлениях Клин-Рогачёво и на Тулу-Каширу. В конце ноября противнику удалось овладеть районом Клин, Солнечногорск, Истра, выйти к каналу Москва-Волга в районе Яхромы и занять Красную Поляну (в 32 км от московского Кремля). Дальнейшему продвижению немцев на северном направлении помешал сброс вод из Истринского, Иваньковского водохранилищ и водохранилищ канала имени Москвы. В состав Западного фронта были переданы 1-я Ударная армия (командующий – генерал-лейтенант В.И. Кузнецов) и 20-я армия (командующий – генерал-майор А.А. Власов), которые прикрыли разрыв между 30-й (17 ноября передана в состав Западного фронта, командующий генерал-майор Д.Д. Лелюшенко) и 16-й армиями (командующий – генерал-лейтенант К.К. Рокоссовский). В результате привлечения советских резервов противник был остановлен и вынужден перейти к обороне.
27 ноября советские войска нанесли контрудар по 2-й танковой армии и отбросили её от Каширы. 2-я танковая армия попыталась обойти Тулу с северо-востока и перерезала железные и шоссейные дороги Серпухов-Тула, но контрудар советских войск отбросил противника на исходные позиции.
1 декабря командование группы армий «Центр» предприняло новую попытку прорваться к Москве в районе Апрелевки. 2 декабря немцы заняли Бурцево – самый близкий населённый пункт к Москве на юго-западном участке фронта. Благодаря четко организованному взаимодействию 33-й армии генерала М.Г. Ефремова и 5-й армии генерала Л.А. Говорова эта попытка была ликвидирована.
2 декабря передовые части 1-й Ударной и 20-й армий отразили все атаки противника севернее Москвы в районе Дмитрова и южнее и вынудили его прекратить наступление.
К началу декабря немцы подошли к Москве совсем близко: по прямой от посёлка Красная Поляна до центра столицы было всего около 30 км. Ожесточённые сражения разыгрались в районе станции Крюково – это территория современного Зеленограда.
В распоряжение Г.К. Жукова и командующего Калининским фронтом И.С. Конева поступили свежие дивизии с востока страны, которые были хорошо вооружены и тепло одеты.
3-5 декабря 1-я Ударная и 20-я армии нанесли несколько сильных контрударов в районе Яхромы и Красной Поляны и начали теснить врага. Левофланговые дивизии 16-й армии во взаимодействии с 5-й армией отбросили противника из большой излучины реки Москвы северо-восточнее Звенигорода. Ударная группа 33-й армии, разгромив 4-5 декабря вражеские части, восстановила положение на реке Нара.
Ощутив перелом в ходе сражения, советское командование отдало приказ на контрнаступление.
В ходе наступления Красной Армии немцы были отброшены от столицы на 100–350 километров, от врага полностью очищены Московская, Тульская, Калининская, Рязанская области, частично освобождены Смоленская и Орловская.
Однако, Победа досталась дорогой ценой – общие потери наших войск составили 1,8 миллиона человек (германская группа армий «Центр» потеряла за то же время 500 тыс.). Около миллиона защитников столицы были награждены медалью «За оборону Москвы», 110 человек удостоены звания Героя Советского Союза. В мае 1965 года, к 20‑летию Победы, Москве было присвоено высокое звание «Город‑герой».
На братских могилах не ставят крестов,
И вдовы на них не рыдают,
К ним кто-то приносит букеты цветов,
И Вечный огонь зажигают.
Здесь раньше вставала земля на дыбы,
А нынче - гранитные плиты.
Здесь нет ни одной персональной судьбы -
Все судьбы в единую слиты.
А в Вечном огне виден вспыхнувший танк,
Горящие русские хаты,
Горящий Смоленск и горящий рейхстаг,
Горящее сердце солдата.
У братских могил нет заплаканных вдов -
Сюда ходят люди покрепче.
На братских могилах не ставят крестов,
Но разве от этого легче?..