Группа армий «Юг» захватила Донбасс и Харьков, а 21 ноября – Ростов. У Азовского моря в октябре были окружены несколько советских дивизий и взято более 100 тысяч пленных. 11-я немецкая армия нанесла тяжелое поражение 51-й Отдельной советской армии и к середине ноября захватила весь Крым, за исключением Севастополя.
Главный же удар немецкое командование теперь направило на Москву, чтобы еще до зимы овладеть советской столицей. 30 сентября 1941 года войска группы армий «Центр» перешли в наступление на брянском, а 2 октября – на вяземском направлении. Основные силы трех советских фронтов оказались в окружении и к 20 октября были ликвидированы. В плен попало 663 тысячи человек, а в качестве трофеев немцы захватили 1242 танка и 6412 орудий.
Даже качественное превосходство советских танков не смогло предотвратить разгром под Вязьмой, хотя «тридцатьчетверки» доставили немцам немало неприятных минут. Генерал Блюментрит вспоминал: «Во время сражения за Вязьму появились русские танки Т-34. В 1934 году эти танки были самыми мощными из всех существовавших тогда танков… 37-мм и 50-мм противотанковые орудия нашей пехоты были беспомощны против танков Т-34… Требовалось по крайней мере 75-мм орудие, но его еще только предстояло создать. В районе Вереи танки Т-34 как ни в чем не бывало прошли через боевые порядки 7-й пехотной дивизии, достигли артиллерийских позиций и буквально раздавили находившиеся там орудия. Понятно, какое влияние оказал этот факт на моральное состояние пехотинцев. Началась так называемая „танкобоязнь“». Только в 1942 году у вермахта появилась 75-мм противотанковая пушка. Она была установлена на модернизированном танке Т-IV, который теперь смог более или менее на равных драться с Т-34, хотя и уступал советскому танку в маневренности.
Сталин срочно вызвал из-под Ленинграда Жукова и назначил его командующим Западным фронтом, который включал немногочисленные войска, избежавшие окружения. Наступившая в конце октября распутица замедлила продвижение немецких войск. К тому времени германская Восточная армия из-за выхода из строя большой части танков и автомашин уже в значительной степени утратила свою мобильность, позволявшую ей побеждать численно превосходящего противника. Так, уже в начале сентября в танковых группах осталось меньше половины боеспособных танков от того числа, что было в начале кампании. К началу октябрьского наступления процент боеспособных танков поднялся, но затем вновь упал из-за больших эксплуатационных потерь. Из общего числа 500 тысяч автомобилей и мотоциклов до конца 1941 года вышло из строя 106 тысяч машин, а остальные испытывали нехватку горючего. Большие потери были и в лошадях.
Генерал Типпельскирх вспоминал: «В середине октября сильные снегопады с дождями помешали стремительному преследованию. Временно наступившее улучшение погоды и приведение в порядок дорог с помощью всех имеющихся средств сделали возможным достижение некоторых успехов: на юге 2-я танковая армия подошла вплотную к Туле, в центре были заняты Алексин, Можайск и Волоколамск. Затем наступил период полной распутицы. Двигаться по дорогам стало невозможно… Даже так называемые шоссе стали непроезжими. Наступление остановилось. Русские выиграли время, чтобы укрепить оборону, пополнить войска и подтянуть резервы». Ему вторит Блюментрит: «Мы, конечно, знали, что нас ожидает распутица, – нам приходилось читать о ней в книгах. Но реальная действительность превзошла все самые печальные опасения. Распутица началась в середине октября, во время боев в районе Вязьмы, и непрерывно усиливалась до середины ноября… В этом уголке мира проложено всего несколько шоссейных дорог. Вся территория страны покрывается непролазной липкой грязью… Даже тракторы передвигаются с большим трудом. Много тяжелых орудий застряло на дорогах, и поэтому не было использовано в Московской битве. Танки и другие гусеничные машины часто засасывало грязью».