В следующие четыре дня, с 19 по 22 сентября, 8-я танковая бригада, действуя из засад, которые были организованы вдоль шоссе Калинин – Торжок, во взаимодействии с частями 185-й стрелковой дивизии вела бои с прорвавшейся немецкой группировкой северо-западнее Калинина. Танковые бригады на калининском направлении хоть и не выполнили задачу по освобождению города, но сорвали немецкое наступление на северо-восток в направлении на Торжок. 3-я танковая группа, которую теперь возглавлял генерал Рейнгардт, понесла большие потери. Так, в 6-й танковой дивизии, располагавшей 10 октября свыше 200 танками, 16 октября осталось всего 60 готовых к использованию боевых машин, а всего в танковой группе – 259 танков.
17 октября для прикрытия столицы с северо-запада Ставка на базе войск 22, 29, 30 и 31-й армий создала Калининский фронт во главе с генералом Коневым. Нависая с севера над группой армий «Центр», войска фронта вынудили германское командование выделить крупные силы для прикрытия левого фланга, что привело к ослаблению наступавшей на Москву главной группировки.
13–18 октября ожесточенные бои разгорелись на московском направлении. Попытка немцев прорваться с запада через Волоколамск не увенчалась успехом. Здесь
советскими войсками была применена система глубоко эшелонированной противотанковой обороны. Она состояла из противотанковых пунктов и районов, построенных на танкоопасных направлениях на глубину 20–25 км. Для борьбы с танками привлекались все артиллерийские системы, в том числе зенитные орудия и реактивные минометы, были созданы подвижные отряды саперов с минами и подрывными зарядами. Огонь артиллерии массировался на наиболее опасных направлениях, что позволило на время задержать танки противника.Заметное место в арсенале Красной Армии заняли в этот период зажигательные средства. Прежде всего, это легендарные бутылки с «коктейлем Молотова». Несмотря на чрезвычайную простоту устройства и небезопасность в эксплуатации, они, в условиях дефицита средств, оказались довольно эффективным противотанковым оружием. На вооружении РККА состояли два вида зажигательных бутылок: с самовоспламеняющейся жидкостью КС, разработанной еще до войны, представлявшей собой сплав фосфора и серы, и с горючими смесями № 1 и № 3 – автомобильный бензин с отверждающим порошком. Причем бутылки с горючей смесью КС применяли не только как оружие ближнего боя. На танкоопасных направлениях под Москвой, помимо минных полей, устраивались «бутылочные поля». Для борьбы с атакующей пехотой противника устраивали из зажигательных бутылок огневые заграждения – так называемые «миноогнефугасы» – ямы, отрытые перед передним краем, в которые укладывали по 20 зажигательных бутылок и небольшие заряды ВВ. Подорванный взрывателем натяжного или нажимного действия, огнефугас давал столб огня высотой до 8 метров, поражая горящей жидкостью площадь около 300 квадратных метров.
Широкое применение получили огнеметы, термитно-сегментные артснаряды, зажигательные ампулы. В те дни, когда немецкие танки рвались к Москве и когда в дело шли любые средства, чтобы их остановить, были разработаны «огневые мешки». Это были клеенчатые бензостойкие мешки вместимостью 30 литров, которые прямо на аэродромах заполняли вязкой огнесмесью, а затем сбрасывали их вручную с малых высот, используя самолеты У-2.
Основные силы группы армий «Центр» еще были скованы окруженными в районе Вязьмы советскими частями, а брошенные для преследования передовые части оказались слишком слабы, чтобы прорвать новую линию обороны. 15 октября командующий 4-й армией фон Клюге, оценивая обстановку, констатировал, что «психологически на Восточном фронте сложилось критическое положение, ибо, с одной стороны, войска оказались в морозную погоду без зимнего обмундирования и теплых квартир, а с другой – непроходимая местность и упорство, с которым противник обороняется, прикрывая свои коммуникации и районы расквартирования, чрезвычайно затрудняют продвижение наших, пока еще слабых, передовых частей».
Бок в своем дневнике вынужден был признать, что преследование не имело успеха, на который он рассчитывал. «В общей сложности все это можно оценить только как ничто. Расчленение боевых порядков группы армий и ужасная погода привели к тому, что мы сидим на месте. А русские выигрывают время для того, чтобы пополнить свои разгромленные дивизии и укрепить оборону, тем более что под Москвой в их руках масса железных и шоссейных дорог. Это очень скверно!»