此間，由德軍裝甲部隊工程兵組成的摩托化尖兵部隊，曾馳入了莫斯科郊外伏爾加河的小港口希姆基，它離首都郊區僅有5俄裡。在這裡，德軍沒有遇到任何抵抗，顯然，這是一個小豁口。但他們沒有在這裡停留，在突擊奔進到這一地區後隨即又退了回去。儘管如此，仍給這一地區的居民帶來了極大恐慌，以至敵軍走後仍驚恐不已。

不久，訊息更壞了，德軍一個步兵師所屬的一支部隊，在炮兵的支援下於第2裝甲師的右側發起了猛烈進攻，並突到了盧涅沃。種種跡象表明，德軍將從北面對首都實行大規模的進攻以求突破。在那裡，德軍已經在莫斯科一伏爾加運河東岸建起了一座鞏固的橋頭堡。越過運河的德軍裝甲部隊，擊毀了一列企圖阻止德軍前進的裝甲列車後，幾乎完整無損地佔領了一座為莫斯科提供大部分電力供應的大型發電廠。

蘇軍的防線彎曲成了弓形，出現了很多薄弱的地方，似乎可能發生無法補救的事件。但是蘇軍死守陣地，而在得到增援部隊後又重新建立了敵人無法攻破的防線。

11月29日傍晚，德軍裝甲部隊利用蘇軍在亞赫羅馬地區莫斯科伏爾加運河橋上的防禦薄弱，攻佔了橋樑，越過了運河，後被庫茲涅佐夫中將所指揮的第1突擊集團軍開來的先頭部隊所阻止，經過激戰後被擊退到運河那邊去了。

看來，莫斯科已是指日可下。然而就在11月27日，氣溫在兩小時內驟然下降20度，一下子跌到了零下40攝氏度。數以千計的德軍士兵身無禦寒之衣，情況最好的是在原來的夏裝外面加一件呢制大衣，但是大衣並不是人人都有。於是成千上萬計程車兵染上了使人顫抖不止、全身無力的瘧疾，凍傷成群，有些都凍成了殘廢。自11月19日以來，部隊運送到前線的寒衣數量簡直少得可憐，後來則乾脆沒有了。希特勒和他的帝國將軍們後來抱怨說，對俄國首都莫斯科的進攻所以遭到失敗，完全是俄國冬季異乎尋常地提早來臨造成的。但事實上，並不是那一年冬季到來得早，而是德國統帥部對此乾脆一無準備。因為，他們滿以為早在冬季來臨前就可以攻克莫斯科，當時很多指揮官對士兵們提出的一個頗有誘惑力的號召便是：“到俄國首都去過一個舒適溫暖的冬季吧！”

可怕的嚴寒不僅摧殘士兵的身體，而且還使機器停轉、武器失靈。擔負中央叢集進攻的德軍部隊，在一開始受到了強大蘇軍的正面抵抗。由於蘇軍總參謀部把精銳部隊都用在這個方向上，因此這裡的德軍從突擊開始就進展不快，每推進一節縱深都要損失大量的兵員和武器。而當嚴寒驟然來臨時，他們的坦克叢集的發動機已經無法起動，機槍和自動武器不聽使喚，士兵們的步槍槍栓也被凍油卡死了。與之相反，來自東西伯利亞前線的蘇軍精銳防禦部隊卻完全是另一副樣子：他們的機槍都披有槍套，以防止寒流的侵襲；他們的武器全有冬季特製潤滑油，使用照樣靈活；每個戰士都頭戴軟質皮帽，足登高統軍靴，身著棉裝又配有呢制大衣，冰雪無礙。同樣，蘇軍的坦克叢集也沒有出現因嚴寒而不能發動的情況，尤其是他們最新裝備部隊的T－34K新型坦克，效能之良好、威力之巨大，在當時的戰場上確實無與倫比。德軍除了調來88毫米速射高射炮來對它進行平射以外對它毫無辦法。然而，太多的德國士兵已經到了無法忍受的地步，可怕的無休止的寒冷已經超過了人體所能支援的限度。在他們以為俄軍預備隊兵力不是全部被殲也已用光的時候，越來越多的蘇軍精銳師卻源源不斷地出現在他們面前，這種人為的戰場變化也大大地超出了他們理智所能接受的程度。

第6裝甲師的勞斯將軍曾回憶起寒冷的天氣對部隊造成的影響時說：

嚴寒降低了人和武器的效率。1941年12月初，第6裝甲師距離莫斯科城只有9英里，離克里姆林宮也僅有15英里。但氣溫的驟降和西伯利亞部隊的襲擊使第6裝甲師不得不停止向莫斯科的進軍。由於天氣寒冷，我們計程車兵在射擊時無法瞄準，許多武器裝備都無法使用。機槍表面結了冰，防凍液凍結在了大炮上，軍火供應中斷……只有十分之一的坦克在秋季的泥濘中倖存下來，但這些可用的坦克卻由於路面太窄而無法穿過雪地……蘇聯的泥濘和寒冬給我們的武器和裝備帶來了巨大的災難。即使我們的領導正確，士兵作戰勇敢，也無法彌補部隊戰鬥力的不足。我們嚴重低估了蘇聯，低估了這個國家的遼闊，也低估了那裡體拿起的惡劣……這是顯示對我們的報應。蘇軍的許多優勢以及天氣條件拯救了莫斯科，改變了戰場上的局勢。希特勒並沒有料到會打或計劃打一場冬季戰爭。