德国统帅部在获得库尔斯克会战的胜利之后就开始着手准备对苏联发动最猛烈的一击，攻击目标就是苏联的首都，莫斯科！
曼施坦因将军因为在库尔斯克会战中的卓越表现，被希特勒授予元帅军衔，担任中央集团军群的总司令官，全面指挥莫斯科战役。上任伊始，曼施坦因没有急于制订作战计划，而是利用俄罗斯的严冬休整部队，补充给养，然后与参谋部的幕僚们一起埋头研究起第一莫斯科战役失败的资料，希望从中得到新的启发。
中央集团军群参谋部经过一个多月的研究、讨论，终于总结出了第一莫斯科战役失败的原因：第一，单位面积作战力密度不足。中央集团军群在发起莫斯科战役的时候，总兵力为180万人，坦克1700辆，火炮和迫击炮1.4万余门，飞机1390架，由于战场的面积巨大，平均下来的话，每平方公里内的德军人数、坦克数量、飞机数量仅仅是法国战役的三分之一；第二，后勤保障能力严重不足。德军在入侵苏联之后，虽然占领了大量的铁路线，但是缴获的机车数量太少，由于苏联铁路采用的是宽轨道，而不是欧洲的标准轨道，使德国的机车无法在苏联使用，同时，苏联恶劣的天气状况使公路的运输相当困难，致使大部分的装甲师和摩托化步兵师因为缺少油料而无法全部投入战斗，浪费了宝贵的战斗力；第三，发起战役的时间太晚。发起莫斯科战役的时候已经是九月份，距离俄罗斯严冬的到来只有不到两个月的时间，使部队不能按部就班地进行攻击；第四，低估了苏联红军的战斗力和决死战斗的意志。第五，德军前线指挥官当中缺乏能够对快速变化的战场局势做出快速反应的战术天才。
曼施坦因的参谋部根据当前的战场态势，制定了一份针对性很强得非常完善的作战计划：第一，由曼施坦因元帅亲自向希特勒和统帅部请求大量增加兵力和武器，在44年5月底的时候，已经集结了260万人，坦克2300辆，各种火炮2.2万余门，飞机2000架；第二，由德国军需部门紧急生产了一批宽轨机车运送到苏联前线，从而保证了铁路运输效率，同时全力抢修、加固公路和桥梁，使作战物资能够畅通无阻地输送到前线；第三，战役的发起时间定在6月初，使攻击部队有充足的时间扫清莫斯科外围的据点，然后再向市区突进；第四，告诫各级指挥官不可轻敌，准备打一场和斯大林格勒战役类似的城市攻坚战，过程可能旷日持久，而且必将惨烈无比！因为莫斯科是苏联的首都，苏联人已经无路可退！第五，将非洲军团指挥官隆美尔调到坦克第二集团军担任指挥官，同时把古德里安调到坦克第三集团军担任指挥官。
为了保证战役的顺利进行，德国统帅部为中央集团军群大开方便之门，命令本土的后勤部门全力支援，使曼施坦因在开战之前成功地储备了可供部队使用五个月的油料，三个月的武器弹药；十万辆军用卡车和一百五十列火车专门为中央集团军群提供后勤支援。德军参战部队普遍齐装满员，士气高涨，对获得最终的胜利充满了信心。
在德军紧锣密鼓地进行战役准备的时候，苏联统帅部在斯大林的领导下，也全力以赴地准备迎战德军。
库尔斯克会战失败之后，苏联统帅部就推断出德军的下一个攻击目标肯定是莫斯科，于是迅速征集了五十万民民工在莫斯科地区急如星火地构筑工事。第一道防线北起瓦尔代山不远，中间穿过维亚兹马以西地区，抵达最南端的基洛夫，全长三百公里；第二道防线，在莫斯科以西一百二十公里处，从沃洛科拉姆斯克到提赫文，长约两百五十公里；第三道防线是由莫斯科近郊的四道弧形防线组成。此外，莫斯科市区内也开始修建碉堡、街垒和火力点，苏联统帅部准备在这里与德军进行最后的决战，使德军重蹈斯大林格勒惨败的覆辙。
在全力抢修工事的同时，苏联统帅部在苏联全境发布动员令，十六岁至六十岁之间的男子，只要没有残疾，全部到新兵征集处报到，同时把远东地区的边防部队悉数调回莫斯科，在战役开始之前，苏联勉强拼凑出140万人，坦克800辆，火炮和迫击炮8000门，飞机700架。
斯大林为了赢得更多的时间来积聚力量，经过与其他苏联领导人秘密磋商之后，通过原德国驻苏联大使舒伦堡向希特勒提出停战要求，表示愿意让出波罗的海，白俄罗斯，乌克兰的部分土地德国，并赔偿德国军费五十亿卢布。
然而，苏联同意出让的地区几乎全部在德军的控制下，胜券在握的希特勒断然拒绝了苏方的建议，如此一来，就把斯大林和苏联政府逼到了绝路上。
1944年5月30日，希特勒亲自飞抵中央集团军群的司令部所在地库尔斯克，为参战部队鼓舞士气。
1944年6月4日凌晨四点半钟，德军中央集团军群发起了同样代号为‘台风’的计划，向莫斯科外围的红军阵地发起全面攻击。
德国空军出动了一千两百架战斗轰炸机，对苏联红军的前线阵地和纵深的交通线进行了猛烈的空袭，掀开了莫斯科战役的序幕，紧接着，德国炮兵群开始了长达三个小时的炮火准备，一时间，地动山摇，声震云霄，长达数百公里的战线上到处是熊熊的烈火和浓浓的硝烟。
炮击向红军阵地纵深延伸之后，德国中央集团军群从西、南两个方向发起强攻，西路军的指挥官是古德里安，南路军指挥官是隆美尔。
开战之后的十天时间里，德军采用步兵正面强攻钳制和侧翼突击来牵制守军，机动性强的装甲部队则在强大的空军掩护下，进行大范围的迂回包抄，连续突破莫斯科外围的两道防线，逼近莫斯科近郊，保卫莫斯科外围工事的七十多万军队大部分遭到德军的合围，只有不到十万人突围而出，进入莫斯科市区。
6月18日，隆美尔率领的第二坦克集团军占领图拉之后，立即马不停蹄地向莫斯科南部郊区进军。隆美尔根据自己在非洲的城市攻坚战中获得经验，首先投入三个步兵师先行突破，而后投入坦克师扩大战果，从而避免了密集坦克编队来在突击苏军纵深防御体系时的大量伤亡。
由于第一次莫斯科战役当中，德军装甲部队指挥官采用的战术与隆美尔截然不同，故而守军仍然按照以前的经验在一线阵地部署了大量的反坦克武器，结果被隆美尔打得措手不及，在两天之内就突入市区两公里，斯大林连续投入了五个步兵师和三个民兵师才将德军击退了数百米，暂时遏制住德军的攻势。
隆美尔当即改变战术，把坦克分成小队，在步兵战斗小组的配合下进行大胆的穿插，同时请求空军全力支援地面战斗。
德军的攻势越来越猛，而苏联红军的反击也越来越强烈，苦苦坚守着城中的每一条大街、每一条小巷、每一栋楼房、甚至每一堵废墟，迫使德军只能一寸一寸向前推进，攻击部队往往上去半天就伤亡过半，只好不断轮换；苏联统帅部在激烈战斗的同时组建新的民兵师，工人和市民们从军官手中接过冲锋枪和弹匣就开往前线，连最基本的射击训练都没有时间完成，这些部队完全是依靠满腔的爱国热情来战斗，所以伤亡特别大，一个师能生还一千人已经是万幸！
在国家面临生死存亡的关键时刻，苏联军民表现出忘我的牺牲精神，义无反顾地投入保卫莫斯科的战斗当中，用自己的热血和生命来阻挡德军前进的步伐——二十天的战斗之后，被德军歼灭的苏联军队总数已经达到八十万，按照德军战前掌握的情报，城内最多还有六十万守军，但是实际上，莫斯科城内却依然有近百万军队在继续战斗，其中的绝大多数都是在战火中磨练出来的民兵师！
6月25日，古德里安的西路军也推进到莫斯科西郊，守军的压力顿时倍增，苏联统帅部只得投入了全部的预备队，并把苏联中东部地区临时征召的民兵师通过铁路源源不断地输送到这个巨大的绞肉机里面。
曼施坦因元帅没有被苏联军队的激烈抵抗和攻击部队的巨大牺牲所吓倒，毫不犹豫地连续投入预备队，始终对守军保持着巨大的压力。
7月15日，经过二十多天的激烈巷战之后，拥有兵力和火力优势，以质量取胜的德国军队终于将守军全部赶出了莫斯科市区，赢得了莫斯科战役的胜利。此战，德军共损失了四十五万军队，八百余辆坦克，火炮三千余门，飞机四百余架；苏军共损失了一百万军队，五百辆坦克，火炮四千余门，飞机三百余架。
希特勒认为，占领了苏联首都莫斯科，不但意味着在政治上和经济上的决定性胜利，而且使苏联丧失了最重要的铁路枢纽，这样一来，苏联红军就失去了继续战斗基础，只有接受投降的命运。然而，出乎希特勒和德国统帅部预料的是，苏联军队并没有投降，而是在第聂伯河和北德维纳河东岸建立了防御阵地，摆出一副持久战斗的架势！
