Критическое положение Москвы усугублялось тем, что большая часть сил 19, 20, 24 и 32-й армий, а также некоторые другие войска Западного, Резервного и Брянского фронтов оказались окруженными под Вязьмой и в районе Трубчевска. Но и в окружении они дрались с ожесточением и почти на две недели оттянули на себя 28 дивизий противника. К 18 октября контратаки советских войск усилились, и они замедлили продвижение противника.
В немецких военных мемуарах подчеркиваются трудности вермахта в области снабжения, но нет ссылок на пресловутую «русскую зиму» ни в октябре, ни в начале ноября. Напротив, заметные трудности немцев были вызваны сильными дождями, которые развезли фунтовые дороги.
К началу ноября немцы готовили новое большое наступление: их крупные силы сосредотачивались не только западнее, но также северо-западнее и юго-западнее Москвы. Линия фронта советских войск проходила от западного побережья Московского моря на юг, восточнее Волоколамска, восточнее Дорохова на можайском направлении, затем на Наро-Фоминск, западнее Серпухова, далее по реке Оке до Алексина, западнее Тулы и западнее станции Узловая.
На правом фланге Западного фронта, на стыке с 30-й армией Калининского фронта, южнее Московского моря, находилась 16-я армия, группировавшая свои основные силы в районе Клина и Волоколамска. На можайском направлении действовала 5-я армия; наро-фоминское направление прикрывала 33-я армия, далее к югу шел фронт 43-й и 49-й армий; 50-я армия, недавно включенная в состав Западного фронта, обороняла Тулу. Общее протяжение линии фронта — 330 км.
Западный фронт имел тридцать одну стрелковую дивизию, три мотострелковых дивизии, девять кавалерийских дивизий. Боевой и численный состав некоторых соединений был весьма невелик. Всего в войсках Западного фронта насчитывалось тысяча двести полевых орудий, пятьсот танков, восемьдесят истребителей, восемьдесят бомбардировщиков, двадцать штурмовиков, а вместе с авиацией Главного командования и Московской зоны ПВО — около шестисот действующих самолетов.
Наступление немцев на Можайскую линию обороны началось на рассвете 16 ноября. Немцы спешили разделаться с Москвой как можно быстрее, так как они не были готовы к суровым морозам, которые с каждым днем крепчали. Почти в те же часы, когда немцы нанесли главный удар по левому флангу нашей 16-й армии, генерал Рокоссовский ответил им не менее сильным контрударом на своем правом фланге — в районе Скирманова. Он построил оборону в районе Волоколамска в три полосы и главным образом организовал там противотанковую оборону. В первой полосе находились лучшие соединения. На левом фланге волоколамско-истринского направления позиции занимала 316-я стрелковая дивизия генерала Панфилова. В центре — курсанты училища Верховного Совета. На правом фланге находился кавалерийский корпус Льва Доватора. Главный удар немцы наносили в районе Волоколамска, обороняемого панфиловцами. Эта дивизия была сформирована в г. Алма-Ате (Казахстан). К боевым действиям ее непосредственно готовил Панфилов, и воинскими эшелонами дивизия прибыла на фронт. В Волоколамске она была укомплектована по полному штату, имела личного состава более 10 тысяч человек. Атаки немцев начались при поддержке сильного артиллерийского и минометного огня и ударов «юнкерсов» в сопровождении «мессершмиттов», но полки дивизии дали фашистам жесткий отпор. По снижающимся самолетам открыли огонь средства ПВО: счетверенные зенитные пулеметы и 37-мм зенитные пушки. Над полем боя время от времени падали, пылая и сгорая, фашистские стервятники.
В районе Волоколамска, у шоссе и разъезда Дубосеково, 28 истребителей танков 1075-го стрелкового полка дивизии Панфилова под командованием политрука Клочкова совершили свой великий подвиг. Они отбили и уничтожили в первой атаке 20 немецких танков. Во второй атаке еще 30 танков. Почти все они погибли, но враг был уничтожен и не прошел. Операция Рокоссовского была весьма успешной, и в этот день подразделению этой армии — 316-й дивизии, которой командовал генерал Панфилов, вручили приказ о переименовании ее в 8-ю гвардейскую. Утром 18 ноября на командном пункте дивизии в лесу под Гусенево генерал был убит разорвавшейся поблизости миной.
19–20 ноября 3-я и 4-я танковые группы немцев продолжали наступать против 16-й армии, однако она по-прежнему продолжала держать жесткую оборону. Противник на севере занял г. Клин, потом и г. Солнечногорск, который был ближе всех на пути к Москве.
До 22 ноября наша оборона стойко держалась. Бои не прекращались ни днем, ни ночью. Германское верховное командование твердо верило, что сопротивление советских войск будет сломлено. Прогноз погоды был явно безутешным: ожидались жестокие морозы, и немцы боялись зазимовать у ворот города.
К 22 ноября немцы ворвались в Клин, севернее Москвы, а на западе — в Истру, самый близкий пункт к городу. Несомненно, именно из Истры, по воспоминаниям немецких генералов, «можно было видеть Москву в сильный бинокль».