Есть два рода мифов, связанных с обороной Москвы и советским контрнаступлением. С одной стороны, многими, особенно за пределами России, победа Красной Армии в битве под Москвой воспринимается как чудо. Единственный раз за всю советско-германскую войну вермахт имел весьма значительное превосходство в людях и технике, но так и не смог его реализовать. С другой стороны, советская историография настаивала, что победа под Москвой была прежде всего следствием превосходства социалистической системы над капиталистической и неимоверной стойкости советского народа и его веры в конечное торжество коммунизма. При этом игнорировались объективные факторы, обеспечившие советскую победу.
18 октября Сталин направил телеграммы в Уральский, Сибирский и Приволжский округа, требуя подготовить к концу ноября для введения в бой имеющиеся там 40 дивизий. Они сыграли важную роль как при обороне столицы, так и особенно в ходе контрнаступления.
С 20 октября в столице было объявлено осадное положение и введен комендантский час с полуночи до 5 часов утра. Постановление ГКО о военном положении предписывало провокаторов, шпионов и прочих агентов врага, призывающих к нарушению порядка, расстреливать на месте.
Сталин, несмотря на угрозу падения города, остался в Москве. В распоряжение Жукова поступили резервы, и к началу ноября ему удалось остановить вражеское наступление, хотя немцы успели занять Можайск и Калинин. Здесь сказалась способность советского тоталитарного строя стойко переносить самые тяжелые поражения из-за отсутствия как организованной оппозиции, так и доступа основной массы населения к правдивой информации.
Одна из важных причин краха похода на Москву заключалась в том, что немецкое командование, опьяненное масштабом и быстротой победы под Вязьмой и Брянском, задумало чересчур широкое окружение Москвы, для которого не хватило сил и средств. Другая причина заключалась в чрезвычайно энергичных действиях новоназначенного командующего Западным фронтом Жукова, сумевшего в очень короткий срок создать новый фронт из переброшенных из глубины страны резервов и остатков вырвавшихся из окружения армий.
Также погодные условия больше мешали вермахту, чем Красной Армии. Из-за распутицы немцы могли наступать только по основным магистралям, что облегчало задачу обороняющихся. Возобновить генеральное наступление на Москву вермахт смог только 16 ноября, когда землю сковал мороз и кончилась распутица. За это время и были подтянуты резервы на Западный и Калининский фронты, которых хватило не только для успешной обороны, но и для контрнаступления.
Немцы бросили на Москву 51 дивизию, в том числе 13 танковых и 7 моторизованных. Но все они были далеко не полного состава, так как не пополнялись с начала Восточной кампании. Фон Бок планировал еще до наступления сильных морозов окружить Москву, разбив фланговые группировки советских войск. Но сил для реализации столь обширного замысла у него не хватало, равно как не было сил и для лобового штурма Москвы. Впрочем, такой штурм Гитлер давно уже запретил, опасаясь больших потерь вермахта в уличных боях.
Советское сопротивление нарастало, и плотность обороны по мере отхода к Москве увеличивалась. Уже 21 ноября фон Бок всерьез засомневался в том, что его войскам удастся взять Москву. В конце ноября противнику удалось овладеть районом Клин, Солнечногорск, Истра. Но дальнейшему продвижению помешал произведенный советской стороной сброс воды из Истринского, Иваньковского водохранилищ и водохранилищ канала имени Москвы. В результате образовался водяной поток высотой до 2,5 м и протяженностью до 50 км.