В дальнейшем части 3-й танковой группы воевали под Смоленском и Витебском. Здесь они часто сталкивались с тяжёлыми советскими танками KB, против которых лёгкие Pz.38(t) были совершенно бессильны. Один из таких боёв описывается в докладе о действиях 29-го танкового полка 12-й танковой дивизии от 30 августа 1941 года:
«30 августа около 10 ч. 10 мин. первый батальон выдвинулся с задачей занять оборонительную позицию у железнодорожной станции Поповка, прикрыв правый фланг дивизии. Батальон имел в своём составе 2 Pz.II, 18 Pz.38(t) и 5 Pz.IV. Командир полка выслал вперёд разведку, которая сообщила, что в районе Поповки находится русская пехота. В результате проведённой атаки противник численностью до батальона, удерживавший позиции к востоку от линии железной дороги, был с большими для него потерями отброшен к Черниково. В 12 ч. с южной окраины Черниково вышли четыре вражеских тяжёлых танка (52-тонных) и открыли по первому батальону огонь с большой дистанции. Затем ещё два вражеских танка появились в 1 км к северо-востоку от станции и вступили в бой. Наш огонь был неэффективным. Противник своим огнём сумел уничтожить один Pz.38(t) и один Pz.IV и отошёл назад в Черниково. Затем вражеские танки ещё раз пытались атаковать, но их отогнали артогнём, и они укрылись между домов в Черниково.
Наши потери составили: один убитый, трое раненых, полностью уничтожен Pz.IV, a Pz.38(t) сильно повреждён».
Несмотря на большие потери, советские войска оказывали противнику ожесточённое сопротивление. Об этом можно судить по следующим фактам. По состоянию на 10 сентября 1941 года в строю 7-й немецкой танковой дивизии осталось 62 танка Pz.38(t), безвозвратные потери при этом составили 59 машин. На эту же дату в 8-й танковой дивизии имелось 78 боеготовых Pz.38(t) (безвозвратно потеряно 20 танков). В 12-й танковой дивизии на 26 августа оставалось в строю 42 Pz.38(t) (47 машин этого типа были уничтожены). На 25 августа в 19-й танковой числилось в строю 57 исправных Pz.38(t) (безвозвратные потери 21 танк), а в 20-й – 52 (безвозвратные потери 37 танков). Само собой разумеется, что несли потери и боевые машины других типов.
Тем не менее 3-я танковая группа продолжала продвигаться в глубь советской территории. Через Ржев, Калинин и Клин её танки наступали на Москву, охватывая её с севера. В конце ноября 1941 года подразделения 56-го танкового корпуса (6-я и 7-я танковые и 14-я моторизованная дивизии), нанося удар в слабое место обороны советских войск – стык между 30-й и 16-й армиями, вышли к каналу Москва-Волга. Боевая группа под командованием полковника Мантойфеля (6-й стрелковый полк и 25-й танковый полк) в ночь на 28 ноября завладела мостом в Яхроме, закрепилась на правом берегу канала и начала продвижение в сторону Дмитрова, где находились армейские штабы. Командующий 1-й ударной армией генерал-лейтенант В. И. Кузнецов бросил против прорвавшихся немецких танков единственную реальную силу, оказавшуюся у него в распоряжении в тот момент, – бронепоезд № 73 войск НКВД по охране железных дорог. В состав бронепоезда входили бронепаровоз и два мотоброневагона Д-2, вооружённых двумя 76-мм пушками каждый. Выйдя к мосту, бронепоезд открыл огонь. Сразу же загорелись три танка Pz.38(t), остальные открыли огонь прямой наводкой. Для более успешного маневрирования и увеличения сектора обстрела командир бронепоезда капитан Ф. Д. Малышев приказал отцепить один мотоброневагон и вывести его на параллельный путь. Теперь немецким танкистам приходилось вести огонь по двум целям. Им, однако, удалось подбить бронепаровоз, а один мотоброневагон был вынужден отойти на станцию Дмитров. После быстротечного ремонта он вернулся на поле боя, который продолжался до темноты. Немцы потеряли в этом бою 12 танков, 24 автомашины и не менее 700 солдат и офицеров. 29 ноября контратакой 123-го и 133-го отдельных танковых батальонов, 29-й и 44-й стрелковых бригад при поддержке артиллерии немцы были отброшены на западный берег канала и 30 ноября, истощив свой наступательный потенциал, перешли к обороне.