1941年6月22日，纳粹德国撕毁苏德互不侵犯条约，向苏联发动突然袭击。战争初期，在德军“闪电战”的打击下，苏军遭受巨大损失，到9月底，在苏德战场上，德军北方集团军群封锁了列宁格勒，南方集团军群攻占了基辅，中央集团军群占领了距莫斯科仅三四百公里的斯摩棱斯克，打开了通向莫斯科的大门。
莫斯科是苏联首都，全国政治、经济、军事和文化中心，也是铁路交通枢纽，具有极其重要的战略意义。按照“巴巴罗莎”计划，德军最终目标是于1941年年底前攻占莫斯科，结束对苏战争。为此，德军统帅部发动了代号为“台风”的进攻战役，决定以装甲集群分别从杜霍夫希纳、罗斯拉夫尔、绍斯特卡地域向东和东北方向实施突击，割裂苏军防御，围歼苏军主力于维亚济马和布良斯克地区，尔后以快速集团从南北两面包围莫斯科，同时以步兵兵团从正面进攻，在冬季到来前攻占莫斯科。为此，德军统帅部投入了78个师，共180万人，各种火炮1.4万门，坦克1700辆，飞机1390架。希特勒狂妄地给德军前线部队下达命令：拒绝来自莫斯科的投降，并扬言要于11月7日在莫斯科红场上检阅他的法西斯军队。苏军最高统帅部大本营判定莫斯科方向为德军主攻方向，决心保卫莫斯科。在战争初期，由于希特勒坚持中央集团军群在占领斯摩棱斯克后向北围攻列宁格勒，向南进攻乌克兰，导致了德军在中线停止了进攻，直到9月30日才将目标瞄准莫斯科，这实际上为苏联巩固莫斯科附近的防线赢得了宝贵时间。为此，苏军统帅部集中了全部作战兵力的30%以上，总兵力125万人，各种火炮7600门，坦克990辆，飞机677架。并先后在莫斯科以西建立了纵深300公里的3道防线。战役之前双方兵力对比，德军占有较大优势，其兵力为苏军的1.44倍，火炮为苏军的1.84倍，坦克为苏军的1.71倍，飞机为苏军的2倍多。
1941年9月30日，德军对莫斯科发动了大规模攻势。德军第2装甲集群在布良斯克方向，第3、第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，德军主力还是从中部突破了苏军防线，到10中旬的两周之内，德军中央集团军群将苏军的西方面军和预备队方面军共4个集团军合围在维亚济马地区，将布良斯克方面军共3个集团军合围在布良斯克地区。苏军抵抗一直持续到10月下旬，德军在维亚济马—布良斯克战役中俘虏苏联红军66万多人。苏军只有8.5万人突出德军防线。在这万分危急关头，10月10日，斯大林任命朱可夫大将为西方和预备队方面军司令员。朱可夫迅速重建了4个集团军，同时，苏军统帅部从西北方面军和西南方面军抽调部分兵力，在莫斯科以西约80公里的莫日艾斯克组织了防线，阻止德军推进。10月中旬，在北、西、南通往莫斯科的所有重要地段上都展开了激烈的战斗。14日，德军攻占加里宁市。苏军依托纵深梯次配置的防御地区，拼死抵抗，阻止德军向莫斯科推进，大量*伤德军，赢得时间，为反攻创造了条件。
10月15日，苏联政府的部分机构和外国使节迁往古比雪夫。斯大林留在莫斯科亲自指挥保卫战。10月19日，国防委员会宣布莫斯科戒严，号召首都人民誓死保卫莫斯科。莫斯科市民也被动员起来。三天之内，全市组织了25个工人营，12万人的民兵师，169个巷战小组。共发动60万人围绕莫斯科城修筑起三道防御工事，其中妇女的数量占了四分之三。到10月末，仅妇女儿童就构筑了700公里反坦克堑壕，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城，被街垒、路垒、工事严密地封锁起来。前线军民英勇抗敌，浴血奋战，其间涌现出很多卫国英雄。在众多的英雄人物中，就有广为人知的女青年——卓娅·科斯莫杰扬斯卡娅。1941年6月，德国入侵苏联后，卓娅和一批热血青年加入了游击队，投入到反法西斯的斗争中。11月底，在莫斯科以西86公里的彼得里谢沃村焚烧德军马厩时不幸被捕，虽受尽折磨也不肯吐露半点秘密。11月29日被德军绞死。临刑前，18岁的卓娅对德国军人高喊：“你们可以把我绞死，我不是一个人，我们有两万万人，他们会为我报仇的！德军士兵们，趁现在还不晚，赶快投降。胜利是属于我们的！”她对村民们说：“永别了，同志们！为自己的人民而死，是幸福！”卓娅牺牲的消息传到了克里姆林宫，斯大林震怒，亲自下达一道命令：“苏联红军绝对不接受*害卓娅的德军第197步兵师第332团任何官兵的投降，一旦抓到该团士兵，就地枪毙！”
1941年11月7日是十月革命胜利24周年。当时德军已经抵达莫斯科城下。为了鼓舞苏联军民战胜法西斯的勇气和决心，向全世界展现苏联人民坚强不屈的国家意志，斯大林下令11月7日在莫斯科红场举行阅兵典礼。斯大林在典礼上发表了著名的演说。他说道：“我们的国家正在遭到入侵，全体苏维埃公民和军队都要不惜用尽每一滴鲜血来保卫苏维埃土地和村庄。我们的事业是正义的，胜利一定属于我们！”当天，苏联所有广播站都播放了这次演讲。这次阅兵有力振奋了苏联军民的战斗意志，受阅部队在红场接受检阅后直接开赴前线，向全世界表明了战斗到底的决心。
11月15日，经过调整和补充后，德军集中了51个师，对莫斯科发动了第二次进攻，企图从南北两翼迂回莫斯科，在莫斯科以东汇合。11月23日，德军占领克林，27日，又占领了离莫斯科仅24公里的伊斯特腊和亚赫罗马。莫斯科处于德军大炮射程之内，德军用望远镜几乎可以看到克里姆林宫的尖顶。在这千钧一发之际，莫斯科军民誓死保卫首都。苏军第316步兵师（后改名为潘菲洛夫第8近卫师）的28名勇士，表现了苏军大无畏的革命英雄气概，在阻击德军坦克通向莫斯科的杜波塞科沃要道上，持续战斗4个小时，击毁敌人18辆坦克，最后全部壮烈牺牲。12月3日，德军合围了图拉。在中央，德军于12月1日从纳罗福明斯克发动进攻。苏军奋勇抵抗，并以战略预备队实施有力的反突击，同时集中使用统帅部预备队航空兵直接支援步兵和坦克作战，终于粉碎了德军的进攻，歼灭了其大量有生力量，迫使德军转入防御。到12月初，德军已成强弩之末，在各个方向上的进攻都已被遏制，希特勒攻占莫斯科的最后企图彻底*。仅11月16日到12月5日这段时间内，德军在莫斯科附近就死伤15.5万余人，损失坦克约800辆、火炮300门、飞机近1500架。
此时，苏联红军转入反攻并粉碎莫斯科城下德军的条件已经具备。12月初，莫斯科的气温已下降到零下20至30度，德军身着单衣，冻死冻伤10万余人，飞机和坦克的马达无法发动，坦克上的光学窥镜失去作用，进攻失利导致整个部队士气低落。而苏军却身着棉衣、皮靴和冬帽等冬装，战斗力不断增强，士气高昂。苏军最高统帅部利用德军惊慌失措和防寒准备差的有利时机，决定在西部、西北和西南三个战略方向立即举行大反攻，以西部正面为主攻方向，消灭德军“中央”集团军群；同时在苏德战场南北两翼实施进攻，在南翼解放顿巴斯和克里木半岛，在北翼解除列宁格勒的封锁。双方力量对比：苏军总兵力110万人，7652门火炮，774辆坦克，1000余架飞机；德军共有170万人，13500门火炮，1170辆坦克，615架飞机。虽然德军兵力要多于苏军，但由于其战线过长，兵力分散，战线并不稳固。早在11月29日晚，斯大林就下达了反突击的命令。但这没有引起德国的注意。12月4日，德国中央集团军群根据所获情报得出结论：苏联没有能力发起一场大规模的反击行动。
