Тем временем 17-я армия захватила под Кременчугом плацдарм, с которого 10 сентября ее войска совместно с 1-й танковой группой неожиданно начали наступление на север и, прикрывая свой восточный фланг со стороны Полтавы, уже 16 сентября соединились с наступавшими с севера частями 2-й танковой группы. Одновременно 6-я армия форсировала Днепр севернее и южнее Киева и после захвата города начала вместе с наступавшей с севера 2-й армией сжимать кольцо окружения. Попытки противника освободить окруженные войска ударами с востока были отражены танковыми группами, русские войска в котле были рассечены на несколько частей и уничтожены либо взяты в плен. Неожиданно большое количество пленных — свыше 600 тысяч человек, а также крупные трофеи — около 4 тысяч орудий и более 800 танков — свидетельствовали о большом успехе операции. (Во вражеском кольце под Киевом оказалось 452,7 тыс. чел. Многие погибли, некоторое количество солдат и офицеров пробилось вплоть до 2 октября. Всего в Киевской оборонительной операции безвозвратные потери — убитые и пропавшие без вести, в основном пленные — наших войск с 7 июля по 26 сентября составили, включая вышеописанный Уманский котел, 616 304 чел., 411 танков (что говорит о потере основной массы танков в приграничных сражениях (на Западной Украине — 4381 танк) большей частью из-за технических неисправностей и отсутствия горючего), 28 419 орудий и минометов, 343 самолета (самолеты также были большей частью потеряны в приграничных сражениях — 1218 самолетов). —
Как только стало очевидно, что операция по окружению войск противника в районе Киева близится к концу, командующий сухопутными силами снова вернулся к мысли о наступлении на Москву. По мнению командующего группой армий «Центр» (и командующих армиями этой группы), эту решающую операцию можно было провести еще до начала зимы.
В предшествовавших боях германские войска на Востоке, безусловно, понесли тяжелые потери, которые особенно затронули унтер-офицерский и офицерский состав. Техника была сильно потрепана, а отремонтировать ее на месте не было возможности. Однако наступательный порыв армии еще не иссяк, вера солдат в превосходство над противником не была подорвана. Правда, русские оказались чрезвычайно упорным противником, располагавшим значительными людскими и материальными резервами, определить размеры которых было затруднительно. Однако боевая подготовка и вооружение войск противника, вводимых в бой, уже не были такими, как в начале кампании, и значительно уступали германским.
Немцы считали, что новое крупное наступление на Москву приведет к решающему успеху на всем фронте и создаст условия для победы над Россией еще в текущем году. Если же успеха достичь не удастся, это приведет к непредсказуемым последствиям, поэтому немцы и держали основные силы своих войск на Востоке.
Гитлер решил попытаться добиться решающей победы на Востоке до начала зимы. Теперь Москва была названа важнейшей целью наступления, и группа армий «Центр» усилена за счет всех имевшихся на Восточном фронте средств. Однако использовать для этой операции имевшиеся в распоряжении Верховного главнокомандования резервы на Западе, правда уже несколько ослабленные, и перебросить большую их часть на Восток Гитлер не решился, считая это слишком большим риском, хотя было ясно, что Англия к проведению крупных операций по вторжению на континент еще не готова и что для обороны оккупированных территорий на Западе можно было пока обойтись временными и вспомогательными мерами. Смелость планов Гитлера и его готовность идти на риск, позволившие ему за два года до этого двинуть против Польши практически всю германскую армию, почти не оставив прикрытия на Западе, сменились трусливой заботой о сохранении своего престижа. Становилось все труднее заставить Гитлера принять какое-либо решение.
Одновременно с нанесением удара на Москву группа армий «Юг», несмотря на передачу части своих сил в распоряжение группы армий «Центр», должна была захватить Крым, выйти к Донецкому бассейну и отрезать русских от кавказской нефти. На севере группа армий «Север» должна была взять Ленинград и соединиться с финнами на реке Свирь. Эти операции, согласно планам, сковывали силы противника, существенно ограничивая свободу его действий. Даже Гитлеру было ясно, что группы армий «Север» и «Юг» при крайней недостаточности сил не могли выполнить столь масштабные задачи. Возможно, эти второстепенные наступления достигли бы своих целей, если бы на юге немцы ограничились блокированием Крыма и направили свои и без того ослабленные силы для нанесения удара на восток, а на севере первоначально удовлетворились бы сжатием кольца окружения вокруг ораниенбаумской и ленинградской группировок противника.