Планы гитлеровского командования в общем виде были изложены в директиве № 35, подписанной Гитлером 6 сентября 1941 г. В ней говорилось о проведении «решающих операций <…> против группы армий Тимошенко, которая ведет неудачные наступательные действия на фронте группы армий „Центр“ и должна быть уничтожена еще до наступления зимы. Для этого необходимо сосредоточить все силы воздушных сил и сухопутных войск, без которых можно обойтись на флангах».
В директиве Гитлер потребовал, чтобы вермахт перешел в решительное наступление на всех трех стратегических направлениях, уничтожил вражеские силы до начала зимы и захватил Крым, Харьков и Ленинград. На северном участке советско-германского фронта группа армий «Север» (18-я и 16-я полевые армии) ударом из района Чудово на Тихвин должна была перерезать коммуникации, связывающие Ленинград с Москвой, и соединиться на реке Свирь с финской армией в Карелии. Группа армий «Юг» (6-я и 17-я полевые армии, 1-я танковая группа Клейста) нанесением главного удара из района Полтавы через Донбасс на Ростов должна была овладеть харьковским промышленным районом и Крымом, имея в перспективе наступление на Кавказ.
Но основные усилия опять сосредоточивались на московском направлении. Здесь не позднее конца сентября группа армий «Центр» должна была быстро, насколько это возможно, перейти в наступление в общем направлении на Вязьму, с тем чтобы уничтожить войска группы армий Тимошенко, расположенные к востоку от Смоленска, двойным охватом мощными танковыми силами, сконцентрированными на флангах.
Для этого предлагалось сформировать две ударные группировки: первая — в полосе 4-й армии в районе к юго-востоку от Рославля для наступления в северо-восточном направлении, вторая — в полосе 9-й армии с направлением наступления, по-видимому, через Белый. После уничтожения основных сил врага в решающей операции на окружение и уничтожение группа армий «Центр» должна была перейти в преследование на московском направлении, обеспечив свой правый фланг на реке Оке, а левый — в верховьях Волги.
Подготовка новой операции практически началась 16 сентября, когда командующий группой армий «Центр» генерал-фельдмаршал Ф. фон Бок разработал свою директиву на захват Москвы. Операция 19 сентября 1941 г. получила кодовое название «Тайфун». Гитлер потребовал начать ее как можно скорее — не позднее чем через 8–10 дней. Поэтому начало операции «Тайфун» было запланировано на 28 сентября, завершение — к середине ноября. В отличие от директивы Гитлера, в которой предусматривались два удара силами 3-й и 4-й танковых групп, фон Бок, используя успешные действия по окружению и разгрому основных сил советского Юго-Западного фронта, решил нанести третий удар — силами 2-й танковой группы Гудериана из района Шостки на орловском направлении. Таким образом, для осуществления новой операции на 400-км фронте сосредоточивались три танковые группы из четырех, имеющихся в составе вермахта (см. схемы 3 и 10). Нанесение трех ударов на более широком фронте в случае успеха позволяло разгромить основные силы трех советских фронтов, обороняющих подступы к Москве с запада, оставив ее совершенно беззащитной. Для обеспечения максимальной силы первого удара и высоких темпов прорыва, группа армий «Центр» строилась в один эшелон с выделением небольшого резерва: 19-й танковой дивизии, 900-й учебной моторизованной бригады и моторизованного полка «Великая Германия». Наращивание усилий в ходе наступления планировалось за счет двухэшелонного построения танковых групп и большинства моторизованных корпусов.