Таким образом, в ноябре советская авиация под Москвой уже обладала явным численным преимуществом, особенно в истребителях, что вскоре отразилось на результатах наземных сражений. Немецкое превосходство в танках и артиллерии на этот раз не имело решающего значения, чему способствовало не только наступление холодов, но и новые методы ведения войны Красной армией. Все транспортные магистрали и важнейшие дороги на Москву были перекрыты советскими войсками, и немцам пришлось наступать по целине, утопая то в грязи, то в снегу. Суточное их продвижение в лучшем случае составляло 4–5 км, что шло вразрез со всей теорией «блицкрига». К таким боевым действиям немцы не привыкли — поистине прежняя война в Европе стала казаться им веселой прогулкой.
В 70-км полосе обороны 30-й армии немцы одновременно ввели в бой около 300 танков и ценой значительных потерь к исходу 17 ноября прорвали фронт, расчленив 30-ю армию на три части, и двинулись в направлении на Клин и Солнечногорск. На участке 16-й армии в районе Волоколамска разгорелись бои не меньшей силы, поскольку в составе 4-й танковой группы Гепнера имелось 400 танков и 1030 артиллерийских орудий. Однако благодаря подготовленной, глубоко эшелонированной обороне сильно уступающая врагу в количестве боевой техники 16-я армия смогла отступить в полном порядке и даже попыталась правым флангом нанести контрудар в тыл группировке Гепнера. Этот контрудар был приостановлен лишь потому, что потребовалось сконцентрировать войска для помощи 30-й армии, в целях упрощения управления переданной из Калининского в состав Западного фронта.
Из-за сдвинутых по времени немецких наземных ударов появилась возможность перебрасывать части люфтваффе с одного участка фронта на другой и таким образом захватывать временное господство в воздухе над главными районами боевых действий. Перед началом наступления немецкие бомбардировщики обычно совершали налеты на тыловые объекты и резервы советских войск, а после артиллерийской подготовки начинали обрабатывать передний край, и особенно эффективны при этом были пикирующие Ju 87. Выстроившись в круг, они один за другим устремлялись вниз, сбрасывая свой смертоносный груз. Основные аэродромы базирования немецких истребителей из состава JG 51 находились в начале ноября в Орле, Малоярославце, Можайске и Ермолино, но поблизости от линии фронта спешно оборудовались аэродромы «подскока», значительно повышавшие радиус действий одномоторных самолетов. Как правило, для нанесения бомбовых ударов по наземным войскам немцы использовали группы по 15–25 самолетов.
Определив направление главных ударов противника, советское командование тоже массированно задействовало в боях авиацию. Причем по количеству боевых вылетов советские ВВС вскоре намного превзошли люфтваффе. Днем и ночью советские самолеты наносили удары по врагу. Днем немецкие колонны, продвигавшиеся по снегу, подвергались атакам бомбардировщиков и штурмовиков, а ночью против них действовали легкие бипланы У-2, И-15бис и Р-5, использующие мелкие фугасные и зажигательные бомбы. Не прекращались порой полеты и в плохую погоду при низкой облачности, когда советские бомбардировщики летали без истребительного сопровождения и с высоты 150–300 метров засыпали немецкую пехоту кассетными осколочными и зажигательными бомбами. Очень эффективно бомбардировщики действовали вместе со штурмовиками. В этом случае вначале цель атаковали бомбардировщики, а после них через 3–5 минут появлялись штурмовики, когда противник уже был полностью дезорганизован и не мог оказать серьезного сопротивления.