11月月中至12月初，在莫扎伊斯克防御地区展开的多次激烈战斗中，苏军对德军优势兵力进行了顽强抵抗，将其阻止于拉马河、鲁扎河、纳拉河等地区。
11月14日，德军突入了加里宁地域。有传言说莫斯科即将失陷。有些工厂炸毁了机器设备，部分工人逃离了莫斯科。
德军虽然对维亚兹马—布良斯克战役中消灭了大量的苏军有生力量，但随着天气的变冷秋雨和雨夹雪把道路变成泥沼，几乎瘫痪了德军的进攻。德军于是被迫全线停止前进，以待大地封冻。
德军暂时的停进使苏军赢得了宝贵的喘息时间。到11月底，苏军最高统帅部开始抽回一些部队作为预备队，使其得到必要的休息，新的预备队也在源源不断地赶到。
11月间，德军对莫斯科进行了31次空袭，共有2000架飞机参加，其中278架被击落，只有72架闯入莫斯科上空。苏联防空部队凭借着从中华帝国进口的先进的高射炮和无线电近炸炮弹等防空武器，给予德国空军迎头痛击。
12月初，莫斯科苏军又得到了10万人，这些苏军跟以往苏军已经大不相同，他们从头上的钢盔到脚下的军靴，从外挂装备到内衣，全都是中华帝国陆军的制式装备，除了中华帝**的龙图腾军章标志没有外，其他一应俱全。
这批中式装备的苏军引起了其他莫斯科红军的一致羡慕，莫斯科的女人们更是成群结队的向他们献媚，有的甚至一度以为是中华帝**开进来了，高喊着要找个中国男人嫁到中国去等口号，并引起了一连串的骚动。
大批的中械装备进入莫斯科，重武器当中光28a3主战坦克就有一千多辆，z29反坦克战车亦有三百多辆，还有超过6000门各型火炮等，大大的提升了苏军的防御能力。
为了提升国民及军队的士气，斯大林命令在12月7日于红场举行纪念十一月革命的大型阅兵式。中械集团军作为主要阅兵对象，给苏联人民打气。检阅队伍在克里姆林宫前检阅，然后直接开赴前线。苏军以大量的预备队和补充兵员加强了西方面军的力量，同时将布良斯克方面军撤销。各方面军受领命令扼守所占领的地区，阻止德军从西北和西南迂回莫斯科12月13日开始，苏联的寒冷冬降临，随着大地封冻，德陆军总参谋长哈德尔在中央集团军群总部召开了各军团参谋长会议。下达了“1941年冬季攻势命令”。中央集团军群为此共集中了51个师。担任正面攻击任务的是克鲁格的第4集团军，其左面是霍特的第3装甲兵团和赫普纳的第4装甲兵团，其任务是分别从北方和西方包围莫斯科；右面的古德里安的第2装甲军团则从南方向莫斯科包围。
11月14日，斯大林和沙波什尼科夫下达命令。让中械集团军进行反突击的命令。朱可夫是不同意这样作的，但斯大林急于想要振奋苏联军民的士气，再次不顾朱可夫的反对。
反突击是由罗科索夫斯基的第16集团军和扎哈尔金的第49集团军进行的。反突击的目标是沃洛科拉姆斯克地区和纳腊河下游地区的德军北翼和南翼。
这两个装备了先进中械武器的集团军战斗力提升很大，28a3主战坦克碰上德军的三号、四号坦克以及俘获自苏军的t34等坦克后。几乎对这些坦克是一边倒的屠杀，德军第十七装甲师顿时遭到重创。
尽管苏军取得了局部战斗的胜利，但毕竟装备的中械武器太少，苏军亦不太适应中械装备，加上苏军以战略防御为主导思想，此举除牵制了克鲁格的部分兵力以外，对德军主力影响不大。德军很清楚苏军为了保护莫斯科侧翼，不敢贸然出击。所以避免跟其正面交战，而是迂回至其他方向继续进攻。
12月15日至18日，德军经过调整和补充后，向莫斯科重新发起进攻。德军在加里宁沿克林、罗加切沃方向和图拉方向分别实施主要突击企图从北面和南面迂回莫斯科。
12月17日，以斯大林为首的苏联最高统帅部下发了第0428号命令,该命令的目的是摧毁和焚烧前沿的所有居民区，开始焦土战争。
12月底，德军付出了巨大损失的代价，前出到莫斯科运河。攻陷加里宁。莫斯科附近的战斗变得越来越激烈，苏军派了无数新兵和自愿者，甚至一个个的妇女营也投入到德军的机枪炮火中。
苏军经过12月底到次年初的顽强抵抗和多次反突击战斗后，成功的阻止了德军占领莫斯科的企图。苏军虽然经常处在危急状态，但终于依靠倾国之财力物力。在付出巨大的伤亡代价后，终于坚持了下来并消耗了德军。
仅从12月16日到次年1月5日这二十天的战斗，德军在莫斯科附近就死伤超过15万余人，损失坦克约2800辆、火炮2300门、飞机近1500架。其中德军坦克大部分被苏军装备的中国造28a3坦克和z29反坦克战车以及大量的反坦克狙击枪、反坦克火箭弹所摧毁，损失的飞机基本上都是被歼十战斗机和地面强大的防空炮击落的。只有德军的火炮阵地是苏军以血肉之躯和顽强的精神意志反击成功的。
另外，1941年底到1942年出的冬季，就算以俄国人的标准来看都异常地严寒。德军因战线过长，补给不足，战役中消耗过大，既没有设防御阵地和战役预备队，又无在冬季条件下作战的准备。11月上旬入冬，虽然道路能够使用，但德军的冬季装备不足，由于认为在入冬前就能结束战事。保暖衣服和白色伪装服都不足，坦克和其它车辆的发动机和油箱都因为低温而不能启动，使得德军士气遭到严重挫折，相反苏军的士气却渐渐高涨起来。
对莫斯科的苏军而言，情形则恰好相反。来自北极附近的苏军早已习惯了寒带生活，有着足够的冬季作战装备，他们的枪炮套上了保暖套，涂上了防冻润滑油，有足够的棉衣、皮靴和护耳冬帽用来防寒。中华帝国紧急出口给苏联的850万双军靴，1.05万吨制靴皮革，都保障了苏军能够在寒冷条件下作战。当然，苏军的坦克同样因为寒冷而无法启动，于是双方就开始放弃装甲部队而进行最原始的战斗。