Тем временем немецкое командование готовилось к последнему броску на «шверпункт» Восточного похода – Москву. К началу августа немецкие пехотные дивизии были подтянуты на рубеж, достигнутый танковыми соединениями 1-й танковой армии. Одновременно был выведен с Украины и перевезен по железной дороге в район Смоленска III танковый корпус. 1-я танковая группа Гота, проложившая путь к Луге и Новгороду пехотным дивизиям группы армий «Север», также была выведена в резерв. На московском направлении сосредоточивалась мощная ударная группировка, включавшая почти все танковые дивизии, имевшиеся в тот момент в распоряжении германского командования на Восточном фронте. Из резерва OKH были выведены 2-я и 5-я танковые дивизии. Была также сформирована 4-я танковая группа, которую возглавил Э. Гёпнер. Все эти мероприятия позволили немцам сформировать 4-ю танковую армию, основой для которой стал штаб 4-й полевой армии Клюге.

Операция несколько раз откладывалась в ожидании благоприятных погодных условий. Немецкое командование рассчитывало в полной мере использовать авиацию 2-го воздушного флота, усиленного перегруппировкой нескольких авиасоединений из 1-го и 4-го воздушных флотов на флангах советско-германского фронта. Для прикрытия готовящегося наступления на московском направлении группы армий «Север» и «Юг» начали частные операции под Новгородом и Гомелем. Эти выпады действительно дезориентировали советское командование. Несколько свежесформированных дивизий и противотанковых полков были переданы Северо-Западному и Юго-Западному фронтам.

Наконец, в яркий солнечный день 10 августа 1941 г. на фронте под Вязьмой загремела артиллерийская подготовка. Советское командование ожидало прямого удара на Москву вдоль шоссе Смоленск – Москва или же продолжения наступления в тыл Юго-Западного фронта. Однако вместо этого была взломана оборона войск Западного фронта к северу и югу от шоссе. На каждом из этих направлений была введена танковая армия. После прорыва обороны каждая их них разделилась надвое. По одной танковой группе устремилось на Москву, а две других двинулись на Вязьму, замыкая кольцо окружения за спиной армий Западного фронта. 12 августа Гитлер вышел на трибуну в берлинском Спортпаласе и бросил, выкрикнул толпе: «В эти часы на Восточном фронте происходят грандиозные события. Уже 48 часов ведется новая операция гигантских масштабов. Она приведет к окончательному уничтожению врага на Востоке!»

Москва была окружена через две недели после начала немецкого наступления. Однако еще долгие две недели на фронте стояла звенящая тишина. Изолировав советскую столицу, танковые группы остановились и стали ждать подхода пехоты полевых армий. Несмотря на все уговоры, Сталин остался в Москве. Он был подавлен гибелью сына и все еще надеялся, что удастся отстоять столицу. Когда начались уличные бои за город, Сталин лично руководил, впоследствии ставшей легендарной, контратакой у Белорусского вокзала. Здесь он и был убит шальной миной. Труп так и не опознали – немцы приняли невысокого рябого человека в френче за одного из многочисленных ополченцев. Несколько человек из ближайшего окружения советского вождя сумели ночью покинуть горящий город на спрятанном в одном из московских парков «Дугласе». Именно от них стало известно, что произошло со Сталиным.

Катастрофа с потерей столицы и гибелью вождя вызвала разброд и шатание в партийной верхушке. Произошла попытка государственного переворота. Путчисты стремились заключить новый «брестский мир». Однако путч соглашателей был безжалостно подавлен. Новым генеральным секретарем стал Вячеслав Молотов. Он произнес речь, в которой прозвучали слова: «Мы никогда не сдадимся…»