Продолжая наращивать силы Западного фронта за счёт войск из глубины страны, Ставка 12 октября передала в состав фронта и войска, находившиеся на Можайской линии.
К 13 октября войска Западного фронта имели следующую группировку: на Калининском направлении вели ожесточённые бои 29, 31-я и 30-я армии; на Волоколамском направлении оборонялась вновь созданная 16-я армия под командованием генерал-лейтенанта К. К. Рокоссовского; на Можайском — 5-я армия, созданная на базе войск Можайского участка, которой командовал после ранения генерал-майора Д. Д. Лелюшенко генерал-майор артиллерии Л. А. Говоров; на Наро-Фоминском — 33-я армия под командованием генерал-лейтенанта М. Г. Ефремова; на Малоярославецком — 43-я армия под командованием генерал-лейтенанта К. Д. Голубева; на Калужском — 49-я армия под командованием генерал-лейтенанта И. Г. Захаркина.
В эти дни особенно осложнилась обстановка на правом крыле фронта, к северо-западу от Москвы. Враг, возобновив здесь наступление, 14 октября ворвался в Калинин. Чтобы воспрепятствовать дальнейшему движению противника на этом направлении, Ставка создала здесь новый — Калининский — фронт под командованием И. С. Конева. В состав его вошли действовавшие на этом направлении четыре армии правого крыла Западного фронта. Упорной обороной войска Калининского фронта остановили наступающего врага и заняли выгодное оперативное положение по отношению к северной ударной группировке врага на Московском направлении.
Во второй половине октября гитлеровцы продолжали рваться к Москве. На всех основных московских направлениях разгорелись ожесточённые бои. Опасность, нависшая над нашей столицей, неизмеримо возросла. Как известно, в связи с приближением фронта непосредственно к Москве Государственный Комитет Обороны принял и осуществил в эти грозные дни решение об эвакуации из Москвы некоторых правительственных учреждений, дипломатического корпуса, остававшихся ещё в Москве и области крупных оборонных заводов, научных и культурных учреждений. В Москве оставались Политбюро ЦК ВКП(б), Государственный Комитет Обороны, Ставка Верховного Главнокомандования и минимально необходимый для оперативного руководства страной и Вооружёнными Силами правительственный и военный аппарат. 10 октября эвакуировался и Генеральный штаб во главе с его начальником Б. М. Шапошниковым. С ним по месту новой дислокации была установлена прочная связь, которая позволяла иметь непрерывное общение. Оставленную от Генерального штаба небольшую группу работников для непосредственного оперативного обслуживания Ставки возглавить было приказано мне.
19 октября в связи с усложняющейся фронтовой обстановкой Государственный Комитет Обороны вынес постановление о введении в Москве и прилегающих к ней районах осадного положения.
Поело исключительно тяжёлых боёв под Вязьмой значительная часть наших войск вырвалась из окружения и влилась в ряды защитников Москвы. На помощь пришли также новые отряды трудящихся столицы. Усиленный выпуск военной продукции, форсированное строительство оборонительных рубежей, дополнительные формирования соединений и частей народного ополчения, коммунистических и рабочих батальонов — всё это явилось неоценимым вкладом москвичей в дело защиты города.
Сражаясь с огромным упорством и мужеством, советские воины к концу октября смогли остановить наступавшего врага на рубеже Волжское водохранилище (восточнее Волоколамска), реки Нара и Ока до Алексина. На юго-западных подступах к Москве противник был остановлен в районе Тулы, где героически оборонявшиеся войска 50-й армии при активной поддержке вооружённых отрядов тульских рабочих отразили все яростные атаки гитлеровцев.
Оценивая итоги октябрьских событий, надо сказать, что они были очень тяжелы для нас. Красная Армия понесла серьёзные потери. Враг продвинулся вперёд почти на 250 километров. Однако достигнуть целей, поставленных планом «Тайфун», ему не удалось. Стойкость и мужество защитников советской столицы остановили фашистские полчища. Группа армий «Центр» была вынуждена временно прекратить своё наступление. В этом главный итог октябрьского периода Московской битвы. Поэтому уместным будет здесь отметить, что не включать этот ответственнейший для нашей советской столицы октябрьский период борьбы в хронологические рамки Московской битвы, как это делают некоторые из наших историков и мемуаристов, совершенно необоснованно и неправильно.
Это был напряжённейший период борьбы с врагом за нашу дорогую столицу, с врагом, превосходившим нас численностью войск и вооружением. И в том, что советские воины выстояли, сдержали натиск гитлеровцев, большую роль сыграла твёрдость руководства со стороны Центрального Комитета партии, Государственного Комитета Обороны во главе с И. В. Сталиным, которые осуществляли активную деятельность по мобилизации всех сил страны.
Говоря об этих крайне тяжёлых и опасных для нашей столицы и для всей страны днях, когда враг стоял у стен Москвы и Ленинграда, нельзя не сказать о том огромном значении, которое имели для москвичей, для советского народа и его Вооружённых Сил состоявшееся 6 ноября торжественное заседание Московского Совета депутатов трудящихся, посвящённое 24-й годовщине Великой Октябрьской социалистической революции, и традиционный парад войск на Красной площади в день самого праздника — 7 ноября. Призывы Коммунистической партии отдать все силы для защиты Родины и победы над врагом, сам парад, проводившийся почти на глазах у рвавшегося к столице врага, вызвали могучий патриотический подъём в стране, вдохновили советских людей на новые героические подвиги на фронте и в тылу, вселили в их сердца твёрдую уверенность в неизбежном переломе в ходе войны и вызвали неистовую ярость в стане врага.
Советское командование использовало выигранное время для дальнейшего усиления войск Западного направления и укрепления оборонительных рубежей.
Крупным мероприятием Ставки в то время было завершение подготовки новых резервных формирований. На рубеже Вытегра, Рыбинск, Горький, Саратов, Сталинград, Астрахань создавался новый стратегический эшелон наших Вооружённых Сил. Здесь на основании решения ГКО, принятого 5 октября, формировалось девять резервных армий. Формирование этих армий на протяжении всей Московской битвы являлось одной из основных и повседневных забот Центрального Комитета партии, ГКО и Ставки. Нам, руководителям Генерального штаба, было вменено в обязанность ежедневно при докладах Верховному Главнокомандованию и ГКО о положении на фронтах подробно информировать о ходе формирования этих армий и обо всех затруднениях, встречаемых при этом.
Гитлеровское руководство тем временем готовило свои поиска к возобновлению наступления на Москву. В течение первой половины ноября противнику удалось создать две мощные ударные группировки, которые 15—16 ноября перешли в наступление, стремясь обойти Москву с севера через Клин, Солнечногорск и с юга через Тулу, Каширу. На полях Подмосковья вновь развернулись кровопролитные сражения. С небывалым героизмом дрались наши войска. «Велика Россия, а отступать некуда — позади Москва» — эти слова были понятны и близки каждому защитнику нашей столицы. Тяжёлые оборонительные бои на подступах к Москве продолжались всю вторую половину ноября. К концу месяца врагу удалось северо-западнее города выдвинуться к каналу Москва — Волга и форсировать его у Яхромы, а юго-восточнее — достичь района Каширы. Это был предел фашистского наступления. Дальше враг продвинуться не смог. Мощными контрударами наших войск его наступление было окончательно остановлено. Утратив свои наступательные возможности, обескровленные и измотанные активной обороной советских войск, соединения группы армий «Центр» в первых числах декабря на всех участках прекратили наступление. На этом завершился наиболее тяжёлый, оборонительный период битвы под Москвой.
Провал наступления на Москву свидетельствовал о срыве плана «молниеносной войны» в целом. Немецко-фашистская армия была вынуждена перейти к обороне на всём советско-германском фронте. Создались необходимые условия для перехода Красной Армии в контрнаступление. К началу декабря изменилось соотношение сил воюющих сторон. В составе нашей действующей армии было около 4,2 миллиона человек, более 32 тысяч орудий и миномётов, почти 2 тысячи танков и около 3,7 тысячи боевых самолётов. Немецко-фашистская армия вместе со своими союзниками имела в то время примерно 5 миллионов человек, около 36,5 тысячи орудий и миномётов, почти 1,5 тысячи танков и до 2,5 тысячи боевых самолётов. Из этих данных видно, что превосходство противника сохранилось лишь в людях и артиллерии.