Дорога на Москву изначально была ключевым направлением для немецкого командования. Группе армий «Центр» изначально ставилась задача двигаться к столице, и к началу сентября генералы рейха получили приказ готовиться к осаде города.
Общий план наступления в сентябре был доработан и оформлен в виде приказов, в которых детально доводились задачи каждому объединению войск. 19 сентября операция получила кодовое наименование «Тайфун». Замысел был довольно простым и классическим для немецкой стратегии: мощными ударами крупных группировок окружить основные силы войск Красной Армии, прикрывавших столицу, и уничтожить их в районах Брянска и Вязьмы, а затем стремительно обойти Москву с севера и юга с целью её захвата.
К концу сентября 1941 года сложилось положение, при котором вероятность быстрого захвата Москвы танковыми и моторизованными частями противника на Малоярославецком и Можайском направлениях была весьма высока. Инициатива была на стороне Германии, а советское командование готовилось к уличным боям.
Началась Московская стратегическая оборонительная операция, длившаяся 67 суток, с 30 сентября по 5 декабря 1941 года.
15 октября Государственный Комитет обороны СССР принял решение об эвакуации Москвы. На следующий день началась эвакуация в Горький, Куйбышев, Саратов, Молотов и другие города. Вывозились служащие управлений Генштаба, военных академий, наркоматов и других учреждений, а также иностранных посольств. Осуществлялось минирование заводов, электростанций, мостов.
16 октября на несколько дней город охватила паника. Главным фактором для проявления панических настроений стал прорыв Можайской линии обороны и возможное появление передовых германских отрядов в Москве.
20 октября в Москве и пригородах введено осадное положение. Оборона подступов к столице поручалась генералу армии Жукову.
21 октября издан приказ «О создании прочной и устойчивой обороны Москвы», согласно которому надлежало немедленно приступить к постройке огневых точек и баррикад на улицах и площадях города и в его окрестностях.
Советское командование было готово потерять столицу, как один из худших вариантов. В таком случае планировалось продолжать борьбу, несмотря на поражение Москвы.
Близость промышленных центров к линии фронта, упорное сопротивление частей РККА и рано начавшиеся морозы существенно замедлили немецкое наступление и после последнего броска в ноябре 1941 года истощенный противник больше не предпринимал попыток пробиться в столицу.
За всю оборону Москвы СССР потерял порядка 940 тысяч человек безвозвратно, около 900 тысяч пришлись на санитарные потери.
Третий Рейх потерял под Москвой более полумиллиона солдат, учитывая раненых и пропавших без вести.