1941年9月底，德军在苏德战场北翼封锁了列宁格勒，在南翼占领基辅，在中央攻占斯摩棱斯克，打开了通向莫斯科的门户。9月底，德军开始实施代号为“台风”的作战计划，进攻莫斯科，企图在冬季到来之前攻占莫斯科。德军的进攻兵力是F·博克元帅指挥的中央集团军群，总兵力大约180万人，共78个师，有各种火炮1.4万门，坦克1700辆，飞机1390架。苏军最高统帅部决定全力保卫莫斯科，为此，集中了苏军当时全部作战兵力的近1/3，并先后在莫斯科以西建立了纵深300千米的3道防线；同时组织游击队，在德军后方进行袭扰；苏军准备尽量阻止德军向莫斯科推进，在这过程中大量杀伤德军。为集聚力量反攻创造条件。苏军调集保卫莫斯科的总兵力是三个方面军，共125万人，装备有各种火炮7600门，坦克990辆，飞机677架。在战役初期，苏军的损失很大，据德方的材料，到10月初，苏军被俘达65万人，也就是说，超过半数的守军被俘。但是，苏军立即作了部署调整，并从外地调来一些兵力。10月15日，由于形势越来越严峻，苏联政府机关和外交使团撤出莫斯科，但斯大林仍坐镇莫斯科进行指挥。10月中下旬，德军一支先头部队突入到距莫斯科仅65千米的地方。11月7日，苏联在德军逼近莫斯科的情况下，照例在红场举行庆祝十月革命24周年的阅兵式，受阅部队实弹接受斯大林检阅，穿过红场，直接开赴前线。11月中下旬，德军加强了进攻，苏军进行了英勇抵抗，终于粉碎了德军的进攻，并耗尽了德军的预备队。
1941年12月5日，苏军转入反攻。到次年1月初，德军被迫向西撤退100～250千米，莫斯科的直接威胁被解除。希特勒十分恼怒，撤换了陆军总司令，自任陆军总司令，下令不准撤退。1月上旬，苏军利用德军进攻受挫惊慌失措和防寒准备差的有利时机，从三个方向向德军发起总攻。到4月中旬，苏军向西推进100～350千米，收复了大片失地。在这次战役中，德军损失了50万人，其中冻死冻伤10万多人，损失坦克1300辆，火炮2500门，各种车辆1.5万辆；但德军的中央集团军群得以逃脱。苏军取得了莫斯科战役的胜利，宣告了希特勒“闪电战战无不胜”的神话的破灭。
