参加莫斯科会战的苏联红军有：预备队方面军、布良斯克方面军、加里宁方面军和西南方面军右翼。1941年10月10日，朱可夫接管了西部方面军和保卫莫斯科的指挥工作。截至9月底，苏联红军西方面军（司令为科涅夫上将）下辖第22（司令为沃斯特鲁霍夫少将）、第29（司令为马斯连尼科夫中将，12月什韦佐夫少将）、第30（司令为霍缅科少将，11月为列柳申科少将）、第19（司令为卢金中将，10-11月为博尔金中将，11月改编为突击第1集团军）、第16（司令为罗克索夫斯基中将）、第20集团军（司令为叶尔科夫中将）在奥斯塔什科夫、叶利尼亚西北宽达300余公里的地区占领防御。

　根据“台风”计划，德军第2装甲集群在布良斯克方面，第3、4装甲集群在维亚济马方向，相继开始了进攻。尽管苏联红军进行了顽强抵抗，德军依然突破了防御。德军第2集团军突破了苏联红军第50集团军的防线，于1941年9月下旬夺取了布良斯克。10月3日奥廖尔陷落。德军沿着奥廖尔-图拉的公路推进。莫斯科以西的维亚济马方向，西方面军和预备队方面军进行了艰苦的防御作战。德军于10月7日抵进了维亚济马地域，两方面军的大部分军队在此陷入了合围，一直顽强抵抗到了10月12-13日。13日，苏联红军维亚济马集团被大部分围歼，被围军队有一部份后来突出重围，有的留在敌后开展游击战争。布良斯克方面军陷于战役合围后的困境也向后退却，23日，苏联红军布良斯克集团大部分被歼灭。德军在维亚济马-布良斯克战役中，俘虏苏联红军58万人，而这58万人中只有85000人突出德军防线。

　但实际上，由于希特勒坚持中央集团军占领斯摩棱斯克后向北围攻列宁格勒，向南进攻乌克兰，导致了德军在1941年9月30日才放下手来将目标瞄准莫斯科，这实际上为苏联巩固莫斯科附近的防线赢得了时间。

　在十月中旬，德国中央集团军结束了对维亚济马一线的苏联红军的围歼，此时朱可夫又抽调了一批新的部队，前往莫斯科。这时秋雨季开始了，泥泞的道路给两军都带来了不便，它在阻碍德军进攻的同时也妨碍了苏联红军的防守，双方的许多战车都陷入了泥泞中，还有部分车辆需要坦克拉出。

　莫扎伊斯科防御线成了莫斯科接近地上的主要抵抗地区，苏联最高统帅部采取了各种紧急措施来保卫首都。10月9日，摸扎伊斯科防线指挥部获得了新组建的5个机枪营、10个反坦克炮兵团和5个坦克旅，这些部队被重新编成了第5集团军，由列柳申科将军指挥。

　为了改进军队指挥，10月17日，西方面军和预备队方面军合编为新的西方面军，朱可夫大将任司令员，同日，根据朱可夫的建议，在西方面军右翼部队第22、29、30、31集团军组建为加里宁方面军，由科涅夫上将出任司令员，方面军的指挥机关则在原第10集团军司令部的基础上改建。

　朱可夫受命后，着手在沃洛科拉姆斯克-莫扎伊斯克-小雅罗斯拉韦兹-卡卢加一线建立了新的防线，并组建第二梯队和方面军预备队。并想方设法抽调了14个步兵师、16个坦克旅和40多个炮兵团，迅速重建了第5、16、43、49四个集团军，但总兵力依然只有9万余人。他还特意将富有作战经验的将领派到莫斯科的各主要方向上去。其中，罗克索夫斯基的第16集团军开往沃洛克拉姆斯克，列柳申克的第5集团军在莫扎伊斯克，列柳申克的第5集团军在莫扎伊斯克，叶非列莫夫的第33集团军在纳罗福明斯克方向，43集团军在小亚洛斯韦兹，49集团军在卡卢加等地展开防御。

　莫斯科的市民也被动员起来了。在3天内，组织了25个工人营，12万人的民兵师，169个巷战小组，发动60万人围绕莫斯科城修筑了三道防御工事，其中妇女的数量就占到了四分之三。到十月末，仅妇女儿童就构筑了700公里的反坦克堑壕，挖掘了300多万立方米的泥土，修筑了3800余个临时和固定火力点。处于防御状态的莫斯科，被街垒、路垒、工事严密的封锁了起来，食品因此严重短缺。

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