К 15 ноября армии Западного фронта занимали следующее положение. 16-я армия К. К. Рокоссовского занимала на волоколамском направлении фронт шириной 70 км силами трех стрелковых и двух кавалерийских дивизий. Плотность составляла 18 км на дивизию. В первом эшелоне оборонялись курсантский полк, части 316-й и 50-й кавалерийских дивизий, по одному полку от 18-й и 78-й стрелковых дивизий. Основные силы 18-й и 78-й стрелковых дивизий располагались на второй полосе обороны в 8–20 км от ее переднего края. Можайское направление прикрывала 5-я армия Л. А. Говорова, занимая фронт 50 км силами четырех стрелковых и одной мотострелковой дивизии с плотностью 12,5 км на соединение. 33-я армия М. Г. Ефремова занимала фронт 30 км силами четырех дивизий с плотностью 10 км на дивизию. Наконец, 43-я армия занимала фронт 30 км с плотностью 6 км. Самые широкие фронты были у 49-й (85 км) и 50-й (70 км) армий, обеспечившие им плотность 16 и 11 км на соединение соответственно.
Уже в условиях начавшегося немецкого наступления в ночь на 16 ноября 16-я армия произвела перегруппировку войск и с 10.00 перешла в наступление. Одновременно тем же утром противник начал наступление на стыке 316-й стрелковой дивизии и кавалерийской группы Доватора. Весь день 16 ноября 16-я армия провела в состоянии наступательных действий своего правого крыла и оборонительных — левого крыла и центра. Неудачными в целом были как те, так и другие. Конница подвижной группы вступила в бой по частям. При начале наступления в 10.00 17-я и 24-я кавалерийские дивизии подошли к исходному рубежу только к 12.30. Тылы безнадежно отстали. Очень большие потери понесла наступающая 58-я танковая дивизия, лишившись за день 139 танков. Оборонявшиеся 316-я дивизия и кавалерийская группа Доватора были вынуждены отойти с занимаемых позиций. После боев за Волоколамск артиллерийская группировка дивизии И. В. Панфилова значительно уменьшилась, кроме того, часть сил артиллерии 16-й армии была использована в наступлении на Скирмановский плацдарм (в частности, один из двух ставших гвардейскими противотанковых артиллерийских полков). На 16 ноября 316-я дивизия располагала двенадцатью 45-мм пушками, двадцатью шестью 76,2-мм пушками, семнадцатью 122-мм гаубицами, пятью 122-мм корпусными пушками и одним 120-мм минометом. От 207 орудий в середине октября 1941 г. остались одни воспоминания. Соответственно, возможности противостоять немецкому наступлению были куда скромнее. Изменением к лучшему было сужение фронта до 14 км в сравнении с 41 км под Волоколамском в октябре месяце. Это произошло вследствие прибытия с Дальнего Востока 78-й стрелковой дивизии и выхода из окружения 18-й стрелковой дивизии. Также дивизия И. В. Панфилова фактически стала четырехполковой, у нее появился 690-й стрелковый полк 126-й дивизии, вышедший из окружения под Вязьмой. Противостояли 316-й стрелковой дивизии и кавалерийской группе Доватора XLVI моторизованный корпус (генерал танковых войск фон Витингоф, 5-я и 11-я танковые дивизии) и V армейский корпус (генерал пехоты Руоф, 2-я танковая, 35-я и 106-я пехотные дивизии). Последнему были придан 1 танковый батальон из 11-й танковой дивизии. В других условиях удар такой массы был неотразим. Однако к тому моменту проблемы со снабжением достигли своего пика, и в бою участвовали лишь части немецких танковых соединений, получившие горючее. К утру 17 ноября 690-й стрелковый полк был полуокружен, 1073-й и 1075-й полки были сбиты со своих позиций и отходили. В разгар боев, 17 ноября 1941 года, 316-я стрелковая дивизия получила приказ о переименовании в 8-ю гвардейскую стрелковую дивизию. На следующий день, 18 ноября, при артиллерийско-минометном обстреле командного пункта дивизии в д. Гусево погиб ее командир И. В. Панфилов. По ходатайству Г. К. Жукова 8-я гвардейская дивизия получила имя своего погибшего командира.