מבצע “טייפון” החל ב- 27 לספטמבר 1941. מבצע זה הווה את תחילתה של מערכת מוסקבה והמתקפה הגרמנית האחרונה בשנת 1941. על אף יחסי הכוחות שנטו לטובת הרוסים, עלה בידי הגרמנים להבקיע את רצועת ההגנה הראשונה הרוסית אשר הגנה על מוסקבה ולהתקדם בתוך פחות משבועיים בין 150 – 250 ק”מ. קבוצת השריון ה- 2 של גודריאן השיגה לעתים, קצב התקדמות של כ- 50 ק”מ ליום. בנסיבות אלו, ועם התמוטטות מערך בריאנסק (החזק ביותר ברצועת ההגנה), אבדה לרוסים השליטה במצב ומפקדי החזיתות המערבית (קוניאב) והעתודה (בודיוני) הודחו. ז’וקוב הובא בבהילות מלנינגרד לקבל את הפיקוד על כלל הכוחות בהגנת מוסקבה. הוא תאם את הנסיגה והתמקד בחיזוקה ותגבורה של רצועת ההגנה השנייה. ב- 10 לאוקטובר הושלמה הבקעת רצועת ההגנה הראשונה והגרמנים המשיכו בהתקדמותם לעבר מוסקבה.

רצועת ההגנה השניה נפרסה סביב מערכי ההגנה של וולקולאמסק-ויאזמה-קאלוגה, כ- 100 ק”מ מערבה למוסקבה. הגרמנים החלו בהבקעת רצועת הגנה זו ב- 13 לאוקטובר. למעשה הם ביצעו הבקעה מתוך תנועה במגמה לאפשר לרוסים זמן מועט ככל האפשר להיערכות. על אף מאמציו של ז’וקוב והגיבוי ממנו נהנה מהפיקוד העליון, גם רצועת הגנה זו לא עמדה בפני המחץ הגרמני. תוספת של 150,000 חייל ולמעלה מ- 1000 טנקים בפיקוד המפקדים הרוסים המנוסים ביותר, לא היה בהם די. בתוך 5 ימים הובקעה רצועת הגנה זו וכל מרכזי ההתנגדות שלה נכבשו. אפילו ז’וקוב כשל ונבצר ממנו לבלום את הגרמנים. ב- 18 לאוקטובר הודח למעשה ז’וקוב מתפקידו כמפקד כללי של המאמץ להגנת מוסקבה והזירה חולקה לשניים כאשר סגנו קוניאב מקבל פיקוד על כמחצית הזירה תוך הקמת חזית חדשה – קלינין.

ב- 13 לאוקטובר, עם תחילת המתקפה הגרמנית על רצועת ההגנה השנייה, החלו הרוסים לפנות את משרדי הממשלה והסגל הדיפלומטי ממוסקבה לקויבישב. במוסקבה התפתחה בהלה והאנשים החלו בורחים בכוחות עצמם. עד כדי כך הבהלה הייתה רבה, עד כי נאלצו לפרסם באופן רשמי ב- 17 לחודש כי סטאלין נמצא במוסקבה. ב- 19 לאוקטובר הוכרז על מוסקבה כעיר במצור. באופן רשמי פונו 2 מליון תושבים מהעיר אולם רבים ברחו באופן עצמאי. העיר מלאה בוזזים והייתה במצב של אנרכיה אשר דרש צעדים קיצוניים, מונו בתי-דין שדה לשעת חירום ומרגלים ובוזזים נורו במקום באמצעות יחידות הנ.ק.וו.ד. שקבלו אחריות על החוק והסדר בעיר.

במקביל הוחל ב- 12 לאוקטובר בהקמת רצועת ההגנה העירונית של מוסקבה (“גודזסקיה רובזבי”) ברדיוס 30 – 40 ק”מ מסביב ללב העירוני. 450,000 איש מבני מוסקבה הועסקו בבניית ביצורי רצועת הגנה זו. הרצועה נשענה על נהר מוסקבה ותעלת הוולגה. כל שכונה הקימה גד’ מתנדבים ובסה”כ 40,000 איש שאורגנו ב- 4 דיוויזיות.

ב- 18 לאוקטובר עמדו הגרמנים במרחק 80 ק”מ מהעיר לאחר שעברו 600 ק”מ בשלושה שבועות והחלה הלחימה על רצועת ההגנה האחרונה שגם הייתה החלשה ביותר. אולם בין ה- 20 לאוקטובר ל- 14 בנובמבר “שקעה המתקפה הגרמנית בגשמי הסתיו”. בתקופה קריטית זו לא הצליחו הגרמנים להתקדם כמעט בכלל, הקרקע הפכה לעיסת בוץ שבלמה כל התקדמות. רק משהחלה הקרקע לקפוא במחצית נובמבר, פתחו הגרמנים בשלושה שבועות של מאמצם האחרון לסיים את המלחמה בחזית המזרחית בשנת 1941. על אף קשיי הקרקע ומזג האוויר הצליחו הגרמנים להבקיע את רצועת ההגנה העירונית והרוסים הטילו לסתימת הפרצות את עתודותיהם האחרונות. ב- 1 לדצמבר החלה ההתקפה האחרונה של הארמייה ה- 4 הגרמנית שנמשכה 3 ימים ונעצרה בקובינה (פרבר של מוסקבה). אולם ב- 2 לדצמבר פתחו הרוסים במתקפת נגד עם עתודות רעננות שהגיעו מסיביר – בעיקר הארמייה ה- 1 של קוזנצוב. במתקפת נגד זו באמצעות עתודותיהם האחרונות הצליחו הרוסים להדוף את הגרמנים במקומות מספר. אולם מתקפת הנגד מיצתה את עצמה כעבור 3 ימים ונבלמה ב- 5 לדצמבר.

ב- 7 לדצמבר תקפו היפנים את פרל הארבור והמצב העולמי התהפך בבת-אחת. ממצב שכל אירופה בשליטה גרמנית, אנגליה מבודדת ונצורה ע”י צי הצוללות הגרמני ואילו רוסיה בפרפורי הגסיסה האחרונים לפתע מצאה עצמה גרמניה נלחמת גם בארה”ב, ברוסיה ובאנגליה – מצב שנשא בחובו את זרעי אובדנה לבסוף.