很快第39军的新司令官冯·阿尼姆中将，他是在施密特被派往南方接替患病的魏克斯中将后担任司令职务的，清醒地意识到他的装甲军处于一个极端险恶的境地，无遮无拦暴露在残酷的北极冬季中而且任凭苏联红军进行反攻。他命令撤向沃尔霍夫，他的部队开始向后穿过65英里的封冻沼泽和荒原。

温度降到零下52度。德军的殿后部队，第41摩托化步兵师的第11连和第12连，在战斗中为了为他们的同伴后撤赢得时间几乎被全部歼灭。第18摩托化步兵师9000人11月已经派往季赫温。当12月22日这个师再次渡过沃尔霍夫河时，只剩下741个人。

到11月初，通往莫斯科道路被压出车辙的地面已经结冻，同季赫温附近森林覆盖的沼泽地一样坚硬。11月15日，冯·鲍克元帅命令中央集团军群再次向东挺进，进攻莫斯科。两个星期的中断进攻已经使他们的部队有所改善——但还不够。在10月泥泞中，他筋疲力尽和无组织的连、营和师大部分已经得到重组。坦克、卡车和大炮已经在结冻的泥地上畅通无阻地行驶。许多装备在前进中损坏了，但是至少一些部队重新获得了一部分装备。

中央集团军群现在要为它不充足的补给系统付出全面的代价。尽管已经征集了暖和的冬季外套并用船运往苏联的铁路线起点，但是基本上没有送达前线。当温度骤然跌到零度和零下时，士兵们穿着现在既脏又破的夏季制服冻得瑟瑟发抖。由于气候越来越冷，坦克和卡车的发动机启动不了；有时它们在运行时就被冻住了。能够得到防冻汽油的部队惊愕地发现，防冻油有时也冻成了固体。武器失灵了。大炮、机枪甚至步枪由于缺少低温润滑油而无法射击。

没有哪支军队在处于如此恶劣的情况时发动一次攻势。然而，当11月进攻开始时，德军竟迫使苏联人后撤。在最前线是莱因哈特的第3装甲集群和施特劳斯第9集团军的一部分。直指莫斯科西北郊区，他们从加里宁地区向东南发起攻击。不到一个星期，莱因哈特的攻击部队占领了古城克林并向塔克哈罗马附近的莫斯科—伏尔加运河逼近，那里距首都只有38英里。

11月16日，霍普纳的第4装甲集群，只有可供行驶200英里的油料，在中间战线发起进攻。找到一个防守薄弱的地区，第9军的第78风暴师突破进入苏军的后方，抓住很多俘虏，并继续向前推进。十天后，霍普纳的坦克前进了25英里，距莫斯科仅30英里。在南方，古德里安也发起了进攻，再次试图绕过图拉和斯大林哥诺尔斯克，进入苏联首都的后方。

但是，天气造成了不可抗拒的重大损失。晚上温度降到零下50摄氏度，寒冷程度远远超过了德军任何人的想象。许多幸运的部队在农家小屋里找到避寒之处。冻伤成为流行病，伤员由于寒冷，伤势恶化而死亡。在一些地方，雪已经达到两英尺深。

这些情况——以及新到苏军的猛烈反攻——使古德里安确信他的部队不可能再继续进攻。但是在北方，莱因哈特和霍普纳仍然在进攻。占领了克林，莱因哈特的装甲部队开向罗加切沃，从苏军两个集团军之间插入并抵达莫斯科—伏尔加河运河。在那里，哈索·冯·曼陀菲尔上校，指挥一个由第6步枪团和第25装甲团组成的先头部队，占领了一个渡河点并在东岸建立了一个桥头堡。一个突击队攻占了为莫斯科供电的电站。通往莫斯科的直接通道敞开了，但是增援部队不能到达来扩大突破点。到11月27日中午，寒冷变得如此厉害以致曼陀菲尔士兵的自动步枪再也无法射击。

接下来，就是灾难。从能见度极差的冰雾里出现了苏联第一突击集团军的两个旅，步兵有超出编制的火炮支援。