Первоначальный план блицкрига (операция «Барбаросса») предполагал взятие Москвы в течение первых трёх или четырёх месяцев войны. Однако, несмотря на успехи вермахта в первые месяцы войны, усилившееся сопротивление советских войск помешало его выполнению. В частности, битва за Смоленск (10 июля — 10 сентября 1941) задержала немецкое наступление на Москву на 2 месяца.
Битвы за Ленинград и за Киев также оттянули часть сил вермахта, предназначенных для наступления на Москву.
Таким образом, немецкое наступление на Москву началось только 30 сентября. Целью наступления являлся захват Москвы до наступления холодов.
Московская операция развернулась на огромном пространстве, границы которого на севере проходили по реке Волга, от Калязина до Ржева, на западе — по рокадной железнодорожной линии Ржев, Вязьма, Брянск (до Дятькова), на юге — по условной линии Ряжск, станция Горбачево, Дятьково.
6 сентября 1941 года главнокомандующий вермахта Адольф Гитлер в своей Директиве № 35 приказал разгромить советские войска 16 сентября, когда сражение за Киев близилось к концу, командование группы армий «Центр» издало директиву о подготовке операции по захвату Москвы под кодовым названием «Тайфун».
Замысел операции предусматривал мощными ударами крупных группировок, сосредоточенных в районах Духовщины (3-я танковая группа), Рославля (4-я танковая группа) и Шостки (2-я танковая группа), 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.
Для осуществления плана немецкому командованию удалось на направлениях главных ударов создать внушительное превосходство в военной силе. Немецкие войска начали атаковать 30 сентября 1941 года, а 2 октября перешли в наступление основные группировки. Фашистам удалось прорвать оборону и к 7 октября окружить советские армии. Путь на Москву, как полагало немецкое командование, был открыт. Но этим планам не суждено было сбыться.
Окруженные советские армии в течение двух недель в упорных боях удерживали около 20 немецких дивизий. В это время спешно укреплялась линия обороны, подтягивались резервные войска, но гитлеровцы продолжали рваться к Москве. Бои шли уже в 80–100 км от столицы.
В середине октября началась эвакуация из Москвы правительственных учреждений, промышленных предприятий, населения. С 20 октября в Москве было введено осадное положение. В результате кровопролитных боев в ноябре 1941 года наступление немцев было остановлено.
В течение 203 суток шли яростные, ожесточенные и кровопролитные бои, в которых с обеих сторон сражались свыше 7 млн. солдат и офицеров, около 53 тысяч орудий и минометов, около 6,5 тысяч танков и штурмовых орудий, более 3 тысяч боевых самолетов. Битва под Москвой явилась решающим военным событием первого года Великой Отечественной войны.
5 декабря советские войска перешли в наступление, разгромили ударные группировки группы армий «Центр» и сняли угрозу, нависшую над Москвой. На полях Подмосковья было нанесено первое крупное поражение немецко-фашистской армии во Второй мировой войне, развеян миф о ее непобедимости.
В ходе сражения немецкие войска потерпели ощутимое поражение. В результате контрнаступления и общего наступления они были отброшены на 100—250 км. Полностью были освобождены Тульская, Рязанская и Московская области, многие районы Калининской, Смоленской и Орловской областей.
В то же время силы вермахта смогли сохранить фронт и Ржевско-Вяземский плацдарм. Советским войскам не удалось разгромить группу армий «Центр». Таким образом, решение вопроса об обладании стратегической инициативой было отложено до летней кампании 1942 года.