Бок и Гудериан поставили своей задачей сделать все возможное, чтобы по крайней мере овладеть Тулой. Одновременно с ударом в северном направлении части 3-й и 4-й танковых дивизий, а также пехотного полка «Великая Германия» начали наступление в западном направлении, чтобы совместно с расположенным северо-западнее Тулы 43-м корпусом замкнуть кольцо окружения севернее города. Немцам еще удалось перерезать железную и шоссейную дороги Тула — Серпухов, на большее сил уже не было. Из 110 танков, имевшихся перед началом операции, в строю оставалось меньше 30 машин. 5 декабря в результате советского контрудара силами 340-й стрелковой и 112-й танковой дивизий противник понес большие потери и отошел на прежние позиции. Германское наступление на тульском направлении провалилось.
Не добившись успеха на северных и южных подступах к Москве, немцы попытались прорвать советскую оборону на центральном участке Западного фронта. Во время ноябрьского наступления германских войск обстановка здесь была относительно спокойной. 4-я полевая армия и противостоящие ей 5-я, 33-я и 43-я советские армии широких боевых действий не вели. Лишь на звенигородском направлении немцы 19 ноября начали наступление силами 9-го армейского корпуса (3 пехотные дивизии), используя успех главных сил ударной группировки, действовавшей севернее. Правофланговые соединения армии Говорова вынуждены были отходить. Затем командарм перегруппировал на правый фланг с можайского направления 108-ю стрелковую дивизию и 22-ю танковую бригаду из своего резерва. Упорной обороной эти части, а также подразделения 18-й танковой бригады к концу ноября остановили противника у Звенигорода.
1 декабря немцам удалось прорваться севернее Наро-Фоминска, где 258-й пехотной дивизии при поддержке частей 19-й танковой (60 танков) и 3-й моторизованной дивизий удалось вклиниться в расположение 33-й армии Ефремова. Германские танки и мотопехота достигли населенного пункта Акулово, стремясь выйти по тылам 5-й армии к Кубинке, на автомагистраль Москва — Минск. Но дальнейшее их продвижение было остановлено контрударами 5-й и 33-й армий, в составе которых действовала 1-я гвардейская мотострелковая дивизия под командованием полковника Т.Я. Новикова, 5-я танковая бригада подполковника М.Г. Сахно, 20-я танковая бригада полковника Г.П. Антонова и 5 отдельных танковых батальонов. По новому штату отдельный танковый батальон включал в себя роту тяжелых (5 танков), роту средних (11 танков) и две роты легких танков — всего 36 боевых машин и 202 человека личного состава. 4 декабря советские соединения разгромили прорвавшуюся группировку и восстановили фронт по реке Нара.
В эти дни фельдмаршал Бок указывал, что «создалось такое положение, когда последний батальон, который может быть брошен в бой, может решить исход сражения». Однако у командования группы армий «Центр» не осталось никаких батальонов, которые можно было бы бросить на чашу весов. Для успешного завершения операции по окружению и взятию Москвы сил уже не было. По состоянию на 30 ноября 3-я танковая группа располагала следующим количеством танков: в 1-й танковой дивизии — 37 танков, в 6-й танковой дивизии — 4 танка, в 7-й танковой дивизии — 36 танков, то есть всего 77 машин.
Командующий 4-й армией Клюге докладывал, что его войска находятся в исключительно тяжелом положении: «Боеспособность 57-го и 21-го корпусов настолько упала, что в оперативном отношении они больше не имеют никакого значения… Потери в людях просто колоссальны». В начале декабря немцы еще не вступили в собственно Московскую зону обороны, а уже исчерпали все возможности для продолжения наступления.
В то время как в тылу у Жукова сосредоточивались вновь сформированные свежие соединения, не батальоны — армии: 1-я ударная, 20-я, 10-я, 61-я. Только в них насчитывалось 18 дивизий и 10 стрелковых бригад. На подходе были 24-я и 60-я армии. Кроме того, из резерва Ставки поступали подкрепления в 30-ю и 16-ю армии, а также в армии Калининского фронта. В последние дни ноября Западный фронт получил 15 отдельных танковых батальонов, а также более 100 танков для пополнения танковых бригад.
Советские войска западнее Москвы располагали в общей сложности одной танковой дивизией, 16 танковыми бригадами и 20 отдельными танковыми батальонами. Это составляло около 1068 танков, то есть больше, чем в начале сражения.
Таким образом, к началу декабря немецкое наступление на Москву выдохлось, Красная Армия остановила германские войска на всех направлениях. Ударные группировки противника были измотаны и обескровлены. За ноябрь потери в танках составили 1478 машин. Большинство дивизий потеряли до половины своего первоначального состава. 2 декабря командующий 4-й танковой группой сообщил в штаб группы армий «Центр»: