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当希特勒等待接收莫斯科时，高度机械化的德军部队遇到了一些麻烦。10月6日，莫斯科下起了雪，之后又开始下起了连绵的秋雨，德军行进的道路变得泥泞不堪。德军机械化师陷在了道路的泥泞中，举步维艰。10月底，苏军最高统帅部抽调回一些部队作为预备队，让部队得以适当休息，又组织了新的预备队并使其尽快赶到战场。上天是眷顾苏联的，因为正在这个时候，苏联的谍报员佐尔格获得了日本方面的准确情报，得知日本不会攻击苏联。这样苏联就可以将在西伯利亚与日本关东军对峙的25个步兵师和9个装甲旅的精锐部队调回莫斯科。这就使得苏联能够从之前的惨重失败中慢慢恢复，集中起来的兵力也可以使苏联渐渐具有还手之力。
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沮丧的德国士兵
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莫斯科没有成为纳粹胜利的天堂，而是埋葬纳粹的地狱。一名德国士兵沮丧地坐在地上，他的头埋在两手中间，头发凌乱。在他的身旁躺着战友的尸体。所有这一切，就是莫斯科之战残酷一面的展现。
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11月3日至4日，苏联迎来了这个冬天的第一次霜降，虽然下降的气温使泥泞的道路变硬，为部队的行进提供了便利条件，但又同时给依然穿着单衣的德军带来了极大挑战，使其陷入了严寒之中。然而即使德国士兵处在这样不利的生存条件之下，德军机械化师仍旧在快速推进，努力去弥补之前延误的时间。此时的德军决定在冬季到来以前攻占莫斯科。
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当时，德军已经身处距离莫斯科不到193千米的地域。在苏联方面，一些重要的政府部门和外国使馆被迁移到了东部较为安全的地区，一半的莫斯科市民也被紧急迁移。莫斯科整个城市的每一部分都部署了兵力，苏联人时刻准备迎接德国人的进攻。莫斯科城里留下的每一个人都对德军的进攻严阵以待。这时候德军为了扰乱苏军的气势，每天晚上都实施了恐怖袭击，为应对德军的袭击每天晚上莫斯科市长普朗金都会通过电话发布空袭警报。当警报响起时莫斯科市民就会躲进地铁里。
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11月6号，在纪念俄国十月革命24周年的会议上斯大林发表重要讲话，指出：苏军一开始遇到的挫败是由于事实上苏联没有进行有效的抵御；但是，德军最后必然会失败，苏军必将战胜德国入侵者。
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11月7号，在德军兵临城下进逼莫斯科的情况下，斯大林仍然在莫斯科红场举行了传统的阅兵仪式，并再一次发表讲话，为苏军鼓舞士气。讲话中斯大林给予了苏联军队很高的评价，称其为“伟大的拯救者”。此次的红场阅兵，最初一些苏军将领是持反对意见的，但斯大林坚持照常进行阅兵，因为这样才能使苏军的士气得到鼓舞，并对侵略者表示出藐视。受阅的苏联红军从红场走过之后，直接奔赴战争前线。
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科涅夫和红军战士
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科涅夫，卫国战争的“三驾马车”之一。在莫斯科保卫战中，科涅夫任西方方面军司令员，肩负着保卫莫斯科的重任。但是由于兵力部署不当，主力一线摆开，缺乏纵深防御，导致德军突破防线。这一仗成了科涅夫军事生涯中最失败的一笔。
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这天莫斯科已经被德军从北、西、南三个方面包围了。面对这样紧张的局势，斯大林的坚持表现出了一代杰出领导人的从容与淡定，以及巨大的勇气。英国《新闻纪事报》报道说：“通往莫斯科的要冲鏖战正酣，而莫斯科却组织了一年一度的传统阅兵，这是英勇和无畏的榜样。”
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11月15到18日，德军的攻势再一次指向了莫斯科。然而德军一开始就遇到了苏军的顽强抗争，从北面和南面迂回攻击莫斯科的德军受到了苏军的阻截，保卫莫斯科的将领们坚定地严守阵地。11月底到12月初，德军以巨大的代价，到达莫斯科运河，强渡了纳拉河，在南面逼近了卡希拉。德军尽管遭受了很大的损失，但依然保持着前进态势。在北方，先头部队距离莫斯科仅仅有56千米了；在南方，古德里安领导的军队离莫斯科也日益接近了。
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神奇的转机
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突然，严寒降临了。这突如其来的严寒拯救了苏联，然而对这样的严寒，德国军队几乎没有丝毫的准备。而此时的后方局势也变得越来越紧张，通信线路不堪重负，食物配给紧张。
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到11月底，“台风”行动中的德军补给品供应中断，南方集团军群被迫停滞。德军的50万辆卡车，30％彻底损坏，40％要大修，只有30％可以使用。中央集团军群每天获得的由火车运送的补给品只有所需数量的一半左右。
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卡缅卡反击战
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1941年11月底，德军一支部队插入了克留科沃、卡缅卡（莫斯科郊外的两个村庄），对莫斯科构成了极大威胁。为了解决这个威胁，12月7日，苏联红军近卫步兵第8师对克留科沃、卡缅卡发起了反击，在坦克部队的配合下，步兵迅速突进卡缅卡，于第二日彻底肃清残敌，解除了对莫斯科的威胁。
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而此时德军的坦克在寒冷的气候条件下根本无法启动，士兵们只得把车辆和火炮周围的冻土一点儿一点儿地刨开，而这样的举动也造成了许多车辆和火炮的严重损失就此报废。
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此时，德国军队窘困异常，在寒风中，冻僵的德国士兵很难进一步逼近莫斯科，德国军队行进了804千米，面对最后的48千米却只能停滞不前，再也走不下去了。到此为止，攻击莫斯科的闪击战彻底结束了，希特勒引以为傲的闪击战败在了苏联战场。严寒给德军带来的致命的灾难，使德军只能对着即将到手的胜利扼腕叹息。战争至此出现了神奇的转变。说它神奇是因为德军并没有在战场上失利，却在面对莫测的天气时无能为力。这次莫斯科战役，在德国人看来对手最有力的武器当属寒冷的天气。在历史上，拿破仑也因为同样的问题失利。也许苏联冬日的严寒正是它的保护伞，在最危急的时候总能发挥其巨大的作用扭转局势。
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德军这一阶段的最后一次努力是在1941年12月。此时他们距离克里姆林宫不过40千米，德军都可以看到克里姆林宫塔尖上的红五角星了。德军的一个突击队甚至行进到了莫斯科近郊的希姆基，莫斯科已经处在了德军大炮的射程内。但是德军在这最后的时候再也不能向前推进，苏军以其顽强的抵抗控制了德军前进的步伐。在遭受到苏联顽强的抵抗后，德军攻占莫斯科的企图破产了。
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