Основными укреплениями и заграждениями являлись: окопы, противотанковые рвы, эскарпы, контрэскарпы, надолбы, противотанковые металлические ежи (до 37 500), долговременные огневые точки и другие заграждения и сооружения. На подмосковных рубежах и в самой Москве только противотанковые заграждения (не считая минных полей) заняли полосу общей длиной 325 км, противопехотные – 256 км. Было построено до 3700 огневых точек, из них 1500 железобетонных.
Защищать Московскую зону обороны должны были 60-я и 24-я армии, войска которых впоследствии заняли оборонительные рубежи на фронте Тарасовка, Клязьминское водохранилище, Нахабино, Перхушково (60-я армия); Давыдково, Красная Пахра, Домодедово и далее на северо-восток к Москве-реке (24-я армия). Здесь находились также 3, 4-я и 5-я московские коммунистические стрелковые дивизии, 2-я московская стрелковая дивизия, группа под командованием Лизюкова и др., в которых в общей сложности насчитывалось до 850 орудий и 870 минометов.
Наступление германских войск на московском направлении началось 2 октября 1941 г. не только в центре, то есть по наиболее коротким и удобным путям к Москве, но и на обоих флангах: в направлении на Калинин (Тверь) – севернее Москвы и на Тулу – южнее.
Развернувшиеся в октябре бои на калининском, волоколамском, можайском, малоярославецком и тульском направлениях переросли в ряд оборонительных операций: Калининскую (9 октября – 4 декабря 1941 г.), на малоярославецком и можайском направлениях (2 октября – 5 декабря 1941 г.) и Тульскую (24 октября – 5 декабря 1941 г.).
Ко 2 ноября 1941 г. на ряде участков оборона войск Западного и Брянского фронтов была прорвана и противник развернул наступление на нескольких направлениях непосредственно на Москву, а также на обоих флангах, к северу и к югу от Москвы.
14 октября советские войска оставили город Калинин, однако дальнейшее продвижение противника в результате быстрой перегруппировки наших сил было остановлено. Войска Западного фронта под ударами превосходящих сил и средств противника к 10–15 октября отошли на можайскую линию обороны, где оказали врагу упорное сопротивление. На волоколамском, можайском и малоярославецком направлениях развернулись ожесточенные бои. К этому времени готовность инженерных сооружений главной оборонительной полосы можайской линии обороны составляла лишь 40–80 %.
На тульском направлении войска Брянского фронта во второй половине октября с боями отходили к Туле. Создалась угроза захвата Тулы противником с ходу. Однако дивизии правофланговой 50-й армии Брянского фронта, отошедшие к Туле, и отряды тульских рабочих удержали город.