На правом фланге 5-й армии наши части (108-я стрелковая дивизия) отбивали атаки противника (9-й армейский корпус) в течение 24 ноября, но к исходу дня были оттеснены на Лукино, Сурмино, где бои продолжались. Отражая неоднократные атаки из района Петровское (8 км южнее Истры), Наташино, 108-я стрелковая дивизия упорно удерживала свои позиции, но под давлением превосходивших неприятельских сил к 20 часам 25 ноября отошла на линию Ивановское, восточнее Петровского, восточнее Фуньково, где вела бои в течение 26 ноября.
К 25 ноября фронт войск 16-й армии определялся линией, проходящей по восточному берегу водохранилища к реке Истре. На западном берегу реки оставалась лишь 78-я стрелковая дивизия, которая защищала город, оседлав Волоколамское шоссе.
Наличие Истринского рубежа несомненно сыграло роль в задержке немецкого наступления на этом направлении и в повышении устойчивости частей армии.
Лишь после трехдневных боев (26–28 ноября) немцам удалось сбить наши части с этого оборонительного рубежа и продолжить наступление в юго-восточном направлении. Однако дальнейшее наступление немцев было вскоре остановлено на рубеже Крюково, Ленино.
К исходу 26 ноября немцам удалось переправиться в отдельных местах на восточный берег реки. С утра 27 ноября на левом фланге 16-й армии войска (18-я и 9-я гвардейская стрелковые дивизии, 146-я танковая бригада) вели упорные бои за удержание города Истры совместно с правофланговыми частями 108-й стрелковой дивизии 5-й армии.
18-я стрелковая дивизия, в составе 800 штыков, и 146-я танковая бригада днем 27 ноября отбивали атаки двух пехотных полков и 60 танков противника в районе северо-восточнее Истры (Куртасово, Ермолино, Адуево). 9-я гвардейская стрелковая дивизия в течение ночи на 27 ноября дралась за город Истру. Бои развивались в самом городе и по восточному берегу реки южнее города. Части дивизии занимали фронт протяжением до 15 км. Противник наступал крупными силами вдоль шоссе и одновременно стремился прорваться на юго-западную окраину города.
Превосходящие силы фашистов и отход соседей вынудили 9-ю гвардейскую стрелковую дивизию к 4 час. 27 ноября отойти на восточную окраину города Истры. 18-я стрелковая дивизия под давлением превосходящих танковых сил к исходу 28 ноября вела бой на рубеже Ново-Сергово, Духанино, Небогатково. Противник овладел Андреевском, Никулином (севернее города Истры), распространяясь на северо-восток и вдоль шоссе на Рычково. Частью сил он наносил удар в направлении на северную окраину города Истры. Создавшаяся обстановка заставила 9-ю гвардейскую стрелковую дивизию очистить город и с боями отойти в восточном направлении. В боях за город Истру и восточнее авиация противника группами в 6–8 самолетов непрерывно бомбила боевые порядки 9-й гвардейской стрелковой дивизии, К концу дня дивизия отошла на рубеж Алексино, Жевнево (6 км западнее Дедовска), где и закрепилась. Правофланговые части 5-й армии (108-я стрелковая дивизия) в течение 27 ноября, подвергаясь ударам крупных сил противника из района Петровское (252-я пехотная дивизия), продолжали бои на линии Ивановское, Петровское, Козьмино. Обстановка на фронте дивизии к исходу 28 ноября не изменилась, и части закрепились на занимаемых рубежах.
При подведении итогов истринского оборонительного сражения необходимо отметить следующее:
1. Подготовка 16-й армии к наступлению 16 ноября с целью уничтожения волоколамской группировки противника проводилась наспех и не была закончена. В одновременном наступлении на взаимно противоположных флангах армия успеха не имела и вынуждена была перейти к обороне с последующим отходом. Невыгодное оперативное положение, в котором она оказалась 17 ноября, могло привести к тяжелым последствиям (в случае прорыва и быстрого выдвижения немцев в направлении Ново-Петровское, Истра). Однако организованное управление и хорошая боевая работа войск левого крыла армии (в частности, конной группы Доватора) дали возможность войскам армии в последующем вести более или менее планомерно сдерживающие бои.