15 сентября командование группы «Север» предприняло последнюю попытку взять Ленинград и ударом на стыке двух армий захватило город Пушкин. Жуков пошел на крайние меры – снял войска с Карельского перешейка, действовавшие против финнов, поставил в тылу своих частей заградительные отряды из войск НКВД, которым приказал расстреливать любого, кто посмеет оставить позиции, стал формировать бригады из заводских рабочих. Таким образом ему удалось остановить продвижение немецких войск. 5 октября Сталин вызвал его в Москву. Жуков прибыл к больному гриппом Сталину, и тот сообщил ему об окруженных советских войсках в районе Вязьмы и о том, что все подходы к Москве открыты. Особенно тревожная обстановка сложилась на Можайском направлении. Сталин не был уверен, что Москву удастся удержать, и теперь предлагал Жукову возглавить оборону города в качестве командующего войсками Западного фронта.
Жуков предложил стянуть все имеющиеся силы на Можайскую линию обороны, закрыв образовавшуюся брешь любыми силами – курсантами военных училищ, частями НКВД, дружинами народного ополчения. Такая оборона будет носить временный характер до прибытия на фронт войск из Сибири и Дальнего Востока. Позади Можайской линии должны быть сооружены и другие линии обороны, в том числе и в самой Москве, если придется отходить и туда.
Упорное сопротивление советских войск, жесткие меры, предпринимаемые Жуковым и самим Сталиным по организации обороны столицы, принесли свои плоды. Наступление противника захлебнулось. Между тем из Сибири и Дальнего Востока прибывали все новые войска, с ходу вступавшие в сражение, а в тылу формировались ударные армии, предназначавшиеся для будущего контрнаступления. Сталин пока не давал этих армий Жукову, поскольку не был уверен, что противник окончательно выдохся.
Но, получая все больше сведений о том, что противник оказался в заснеженных подмосковных полях в летнем обмундировании и что сотни немецких машин не могут выбраться из размытых дорог, он наконец понял, что германский «блицкриг» не состоялся. Сталин решил передать Жукову стратегические резервы, и 5 декабря командующий фронтом начал наступление. Немецкие войска стали отступать по всему фронту, и в конце концов Жуков предпринял попытку добиться полного окружения группы армий «Центр», выйдя на его тылы на гжатско-вяземском направлении левым крылом фронта.