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尽管德军兵临城下，斯大林却没有离开莫斯科。11月7日，一如既往在红场上举行了纪念十月革命的盛大阅兵式，和以往不同的是受阅部队从那里直接开赴战场，投入战斗。斯大林在列宁墓上发表了著名的激励人心的演讲。全文不长：
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红军陆海军战士们，指挥员和政治工作人员们，男女工人们，集体农庄男女庄员们，智力劳动者们，在敌人后方、暂时陷在强盗压迫下的兄弟姐妹们！我们那些破坏德寇后方的光荣的男女游击队员们！
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我代表苏维埃政府和布尔什维克党向你们致敬，并庆祝伟大的十月社会主义革命二十四周年。
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同志们！今天我们在严峻形势下庆祝十月革命二十四周年。德寇背信弃义的进攻，它逼迫我们进行的战争，造成了威胁我国生死存亡的危险。我们暂时失去了一些地区，敌人已经进犯到列宁格勒和莫斯科门前。他们原指望在第一次打击之后我们国家即屈膝投降，可是，敌人大大失算了。我们的陆军和海军虽然遭到暂时的失利，但还是在所有战线上英勇抗击着敌人，给敌人造成了严重的损失。而且，我们的国家，我们全国组成了统一的战斗阵营，我们的陆海军正一起粉碎德国侵略者。
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我们曾经有过比现在的处境更加危急的时刻。试回想1918年，我们庆祝十月革命一周年时的情形吧。当时我们四分之三的领土都落入外国武装干涉者手中。我们暂时失去了乌克兰、高加索、中亚细亚、乌拉尔、西伯利亚和远东等地区。我们没有同盟者，没有红军——我们才开始创建红军。粮食不足，武器不够，被服缺少。当时有十四个国家围攻我国。可是我们没有灰心，没有丧气。
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我们在战争的烈火中组织了红军，并把整个国家变成一个军营。当时，伟大的列宁精神鼓舞我们去战斗，去反抗武装干涉者。结果怎样呢？我们击溃了武装干涉者，收回了所有失地，取得了胜利。
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我们现在的状况要比二十三年前好很多。比之二十三年前，无论就工业、粮食还是原料来说，都要富足许多倍。现在我们有同盟国，结成了反对德国侵略者的统一战线。我们有陷入希特勒暴政压迫下的欧洲各国人民的同情和支持，有精良的陆海军挺身保卫祖国的自由和独立。无论在粮食、武器或被服方面，我们都不感严重匮乏。我们全国，我国各族人民都一致支援我们的陆海军，帮助他们粉碎德国法西斯侵略匪军。我们的人员后备是无穷无尽的。现在伟大列宁的精神和他胜利的旗帜，也如二十三年前那样鼓舞我们进行卫国战争。
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我们能够并且一定会战胜德国侵略者，这难道还有什么疑问吗？
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敌人并不像某些惊慌失措的知识分子所形容的那样厉害。魔鬼并不像人们所描述的那样可怕。谁能否认，我们的红军曾经屡次把名噪一时的德军打得仓皇逃窜？如果不妄信德国宣传家的夸张声明，而按照真实状况来判断，那就不难了解德国法西斯侵略者是处在大崩溃的前夜。
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现在德国正为饥饿和贫困所笼罩，四个月战事德国损失了四百五十万士兵。德国流血殆尽，他的人员后备正在枯竭。愤恨的情绪不仅渗入德国侵略者压迫下的欧洲各国人民心中，也渗入到对战争结束感到无望的德国本囯人民心中。德国侵略者正在耗尽它最后的力量。亳无疑问，德国绝不可能长久支撑这样的局面。再过几个月，也许半年，也许一年，希特勒德国就一定会在其深重罪孽下破灭。
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红军陆海军战士们、指挥员和政治工作人员们，游击队男女队员们！全世界都指望着你们，认定你们是有能力消灭德国侵略匪帮的力量。陷在德国侵略者枷锁下被奴役的欧洲各国人民都指望着你们，认定你们是他们的解放者。伟大的解放使命落到了你们肩上。要不愧为这个使命的承担者！你们进行的战争是解放战争、正义战争。
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让我们伟大先人亚历山大·涅夫斯基、季米特里·顿斯科伊、库兹马·米宁、季米特里·波札尔斯基、亚历山大·苏沃洛夫、米哈伊尔·库图佐夫的英姿，在这次战争中鼓舞你们吧！让伟大列宁胜利的旗帜指引你们吧！
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为完全粉碎德寇而战！
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消灭德寇！
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我们光荣的祖国万岁！我们祖国的自由和独立万岁！
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在列宁旗帜下向胜利前进！
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斯大林还在莫斯科！这不但让苏联军民大大增强了战胜德国侵略者的决心与信心，对抗战中的中国人民和全世界反法西斯阵营也是一个巨大鼓舞。莫斯科几十万市民（包括大量妇女和未成年人）参加构筑防御工事，用他们的双手挖出300多万方泥土。11月28日，德军进展到距莫斯科仅20公里的地方。12月2日，一个侦查营更进到离莫斯科仅8公里的小镇希姆基，还攻占了莫斯科－伏尔加运河上的大桥。但是，德军力量也已消耗殆尽，不少团打得只剩下150~200人，也就是正常情况下一个连的兵力。苏军损失虽然也很惨重，但从远东地区紧急抽调的大批生力军正好在这时赶到，12月5日发起反攻，1942年1月7日，德军被迫后撤100~250公里，历时三个月的莫斯科战役就此结束。斯大林能够从远东抽调兵力，是由于得到“红色间谍”理查·佐尔格（Richard Sorge，1895—1944）发回的情报，得知日本海军和陆军的争执有了结果，海军“南下”发动太平洋战争的主张被采纳，不会“北上”进攻苏联。
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在波兰和法国，德军都是凯歌高奏、一路向前，入侵苏联以后虽然损失大增，但也还没有后撤的先例，莫斯科战役德军首次被迫后撤，对其损失情况是一个很好的说明。苏联军民也付出了沉重代价，后来苏联许多城市都建有无名战士墓，莫斯科克里姆林宫西北角红墙外的一处最重要。那里所葬便是一名1941年冬保卫莫斯科牺牲的红军战士，墓上刻有铭文：
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你的名字无人知晓，你的功勋永世长存（Имя твоёнеизвестно，подвиг твой бессмертен）
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这位无名战士原来葬在莫斯科一列宁格勒公路40公里处的战士群墓（братская могила，字面意思“兄弟墓”），1966年为纪念莫斯科保卫战25周年迁葬到莫斯科。战士群墓所在地是当年鏖战最激烈的地方之一，1974年也建了莫斯科保卫者纪念碑，是一座由三柄“刺刀”（寓意保卫莫斯科的三大方面军）组成的方尖碑，俗称“刺刀碑”，建在高27米、安息着数百名莫斯科保卫者的“光荣冢”上，碑面也有铭文：
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祖囯母亲绝不会忘记自己的儿子（Никогда Родина-матъ не забудет своих сыновей）
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和1812年抗击拿破仑的情况类似，1941年“老天爷”似乎也萌发了正义感，有意和侵略者过不去。“泥季”之后俄罗斯的冬天便正式来临，莫斯科最低气温降到零下44摄氏度，创半个世纪最低纪录。发动对苏联入侵之前希特勒显然被他在波兰、法国的迅速获胜冲昏了头脑，对形势做了完全错误的估计，认为可以在冬季到来之前结束战争，完全没有做冬季作战的准备。这样，当严寒降临的时候，德军连最起码的冬装也极度匮乏，上报的冻伤人数超过13万，非战斗减员成为指挥官不得不面对的一大难题，还能作战的兵员战斗力也大打折扣。出现问题的还有武器装备，坦克等作战车辆都得预热很长时间才能发动起来。苏军还吸取此前与芬兰作战的教训，组建了滑雪部队，虽然只是骚扰性的小部队，一般仅为营级规模，但速度快、机动性强、目标小、隐蔽性强，很让德军头痛。
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莫斯科战役期间，苏军在武器装备上开始有了重要进展，其中最值得一说的有两项。
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第一，1941年7月斯摩棱斯克战役中伊凡·弗列洛夫上尉（1905—1941）指挥的炮兵连首次使用82毫米火箭弹多管发射器（称БМ-8，БМ是“боевая машина”之略，意“战斗机器”），摧毁了德军一个坦克、装甲车集中地，效果不错。8月8日斯大林下令组建8个近卫炮兵团，大部分改用发射口径更大（132毫米）火箭弹的“БМ-13”，还组建了35个独立炮兵营、2个独立炮兵连。这种新式火炮虽然准确性较差，但杀伤力可观，一个“БМ-13”炮兵连可以在7~10秒钟内里把4.35吨高爆炸药倾泻到约40万平方米的目标上。另外，它还具有价格低廉、容易制造、可以安装在多种运载工具上、机动能力强的优点。红军战士非常喜欢它。那时，一首战前（1938年）为边防战士创作的歌曲，米哈伊尔·伊萨科夫斯基（1900—1973）作词、马特维·布兰特尔（1903—1990）作曲的《喀秋莎》正在战士中广为传唱，他们便称这种火箭发射器为“喀秋莎”。德国人则称它“斯大林管风琴”。
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