Глубокие прорывы немецких танковых групп заставляли Ставку Верховного Главнокомандования задуматься об отходе на восток. 4 октября командующий Западным фронтом И.С. Конев доложил Сталину об угрозе выхода противника в тыл его войск, но команды отступать не поступило. Также не дал санкцию на отход начальник Генерального штаба Б.М. Шапошников. Через два дня после начала сражения советское командование еще отказывалось поверить в свой безусловный проигрыш. Гитлер же подобных сомнений не испытывал. В тот же день 4 октября фюрер вышел на трибуну в берлинском дворце спорта «Спорт-Палас»
Промедление с отходом частей Красной Армии увеличивало шансы на успех немецкой операции на их окружение и уничтожение. Ставка Верховного Главнокомандования санкционировала отход только вечером 5 октября. Уже через два дня части двух немецких танковых групп встретились в районе Вязьмы. Отступающим советским войскам теперь предстояло пробивать их стальной заслон. Даже те дивизии и полки, которые избежали драмы окружения, перестали быть единым организмом. Они потеряли связь со штабами, многие с трудом себе представляли, где свои, а где противник. Столкнувшись с превосходящим по силе противником, советские войска были деморализованы. Даже в официальные документы просачивались слова о морально-психологическом состоянии красноармейцев. Так, в донесении штаба 43-й армии отмечалось:
Разрушенный взрывом боекомплекта советский средний танк Т-34-76. Группа армий «Центр», октябрь 1941 г.
Расчет «трехдюймовки» под Москвой. В боях 1941 г. Красная Армия еще широко использовала морально устаревшие артиллерийские системы, такие, к примеру, как запечатленная на этом снимке 76-мм пушка образца 1902/30 г.
Окруженные под Брянском и Вязьмой советские части двинулись на восток, стремясь вырваться из «котла». Им нужно было пройти несколько десятков километров. Отступающих по пятам преследовали немцы. Ополченец 17-й стрелковой дивизии, специалист по минералогии и исследованию метеоритов академик Л.А. Кулик записал в своем дневнике: