Командующий группой армий «Центр», убедившись в том, что на волоколамском направлении прорвать оборону не удается, начал готовить прорыв южнее Истринского водохранилища. Это решение обусловливалось еще и тем, что войска группы армий, наступавшие вдоль северного берега водохранилища на участке Калининского фронта, сумели захватить железнодорожный мост и выйти на автостраду Москва – Ленинград. Само водохранилище, р. Истра и прилегающая местность представляли собою прекрасный рубеж, заняв который заблаговременно можно было, по мнению генерала Рокоссовского, организовать прочную оборону, притом небольшими силами. Поэтому он обратился к командующему Западным фронтом с просьбой разрешить отвести войска на истринский рубеж, не ожидая, пока противник силою отбросит обороняющихся туда и на их плечах форсирует реку и водохранилище. Однако генерал армии Жуков не принял во внимание просьбу командующего 16-й армией и приказал стоять насмерть, не отходя ни на шаг.
Наступление на клинском и солнечногорском направлениях противник вел двумя группами: завидовской (6-я танковая и 14-я моторизованная дивизии) и тургиновской (части 86-й пехотной и 7-й танковой дивизий). Одновременно 2-я танковая армия генерала Гудериана прорвалась на левом крыле фронта к Сталиногорску (Новомосковск), обойдя Тулу с востока. В результате возникла угроза прорыва врага на Каширу. Однако к этому времени он действовал уже на пределе возможного. Генерал Гальдер в этот же день отмечал:
Генерал армии Жуков, учитывая тяжелое положение на солнечногорском направлении, 21 ноября потребовал от командующего 16-й армией выехать в Солнечногорск и принять меры для его удержания. Однако в город генералу Рокоссовскому попасть не удалось. Солнечногорск был еще в руках советских войск, но дороги к нему противник уже перерезал, и на окраинах города шли ожесточенные схватки с немецкими частями. Приняв необходимые меры, чтобы замедлить продвижение противника к югу и востоку от Солнечногорска, Константин Константинович выехал на правый фланг армии, к Клину. На город наступал 5-й армейский корпус 4-й танковой группы. 23 ноября 106-я пехотная дивизия этого корпуса овладела Клином. Одновременно его 2-я танковая дивизия у Солнечногорска перерезала железную дорогу Ленинград – Москва, а через четыре дня вышла к Клязьминскому водохранилищу в 35 км от Москвы. Части 35-й пехотной дивизии обошли Истринское водохранилище и развернули наступление на юг. К этому же водохранилищу 23 ноября вышел и 46-й танковый корпус врага. Части 40-го армейского корпуса прорвались к дороге Истра – Волоколамск, а 25 ноября 10-я танковая дивизия и дивизия СС «Рейх» вышли к Истре.
Изучив обстановку, Рокоссовский пришел к неутешительному выводу: оборонять Клин некому, следует думать лишь о том, чтобы задержать натиск противника на восток, к Яхроме и Дмитрову. Эту задачу Рокоссовский возложил на своего заместителя генерал-майора Ф. Д. Захарова. После этого Константин Константинович, покинув Клин, в ночь на 24 ноября добрался до штаба армии. Но сил для того, чтобы задержать наступавшие вражеские войска, у оперативной группы генерала Захарова не хватало. Это были малочисленная 126-я стрелковая дивизия, очень слабая 17-я кавалерийская дивизия и 25-я танковая бригада, имевшая всего 12 танков.
В результате захвата противником Клина между 30-й и 16-й армиями образовалась брешь и создалась реальная угроза прорыва обороны Западного фронта и обхода противником его правого крыла. Немецкое командование усилило северную подвижную группировку до четырех танковых (6, 7, 2 и 11-я), до двух моторизованных (14-я, 36-я) и одной пехотной (106-я) дивизий. Она в течение 24 и 25 ноября продолжала развивать наступление на Рогачево, Дмитров и по Ленинградскому шоссе на Солнечногорск, Черную Грязь. Одновременно часть сил вела бои за полное овладение районом Клина, где оборонялись малочисленные войска 30-й и 16-й армий.