1941年10月8日星期三，天降大雨，这是最终挫败希特勒对苏联野心的第一场气候变化。苏联人将此段时间称为“泥路期”。厚厚的烂泥减缓了德军向加里宁、卡卢加和图拉的推进，这些都是通往莫斯科必经之路上的军事重镇。虽然维亚济马防线未能抵挡德国国防军的进攻，但莫扎伊斯科防线发挥了更为有效的作用，因此德军在10月31日之前陷于距苏联首都45－75英里的地域。数年之后，伦德施泰特回忆了“巴巴罗萨”行动取胜的可能性：早在冬季来临之前，胜利的希望就已在为减少，因为恶劣的路况和淤泥导致前进的过程被反复拖延。乌克兰的“黑土”只要下过十分钟雨就会变成烂泥，在变干之前，任何行动都无法继续。加上俄国缺少铁路，无法为我方前进的大军运送给养。

随着天气变化，气温降低，地面都被冻硬，这在短期内让德军又拥有了围困莫斯科的机会。但是到了此时，德军原来拥有的以二敌一的地面优势和以三敌一的空中优势都已丧失。战争期间，德军对莫斯科的轰炸并未损毁多少幢建筑――破坏建筑仅占总数3%左右。这主要归功于苏联防空部队规模庞大，打击精准，还要归功于苏联战斗机和障碍气球在首都上空提供的防空覆盖。首次用于莫斯科防御的喀秋莎移动火箭炮，可从卡车后部发射，口径132毫米，射程为8.5英里。当16枚火箭同时发射的时候，它确实是一种可怕的武器。苏联人为防止德军占领莫斯科制定了最极端计划。2001年，在克里姆林宫附近的莫斯科饭店翻修过程中，发现其地下埋藏着约270磅炸药，这是内务人民委员会于1941年埋设的，以备万一必须毁灭莫斯科时使用，但随后就被忘得一干二净。

下一次对莫斯科发起的直接攻击开始于11月15日，第3装甲军一部已进至距该城19英里的伏尔加运河畔。在此期间，古德里安于25日进抵卡西拉，但到27日无法继续前进。天气的确对德军进攻不利，但德军也已无力投入足够兵力参加此次对莫斯科的大举进攻，因为他们自“巴巴罗萨”行动开始以来，已有75000人伤亡，其中包括阵亡的8000名军官和2000名士兵。可以毫不夸张地说，第二次世界大战的最终结果悬于此次大规模进攻取得的平衡之中，但到12月5日，第3和第2装甲军被迫分别退至伊斯特利亚――克林一线和顿河――乌拉一线。假如希特勒未曾于8月20日－9月30日期间将古德里安的第2装甲军和第2军调往南部的250英里之外，德军是否就能够一举攻占莫斯科？我们不知道确切答案，但肯定会有这方面的怀疑。

1941年9月30日，古德里安终于奉命北进莫斯科；就在同一天，南方集团军群中克莱斯特率领的第1装甲集团军渡过第聂伯河和萨马拉河，直扑顿河畔罗斯托夫。该军一部转而向南，于10月6日攻占亚速海边的别尔迪扬斯克，由此包围了苏联第8军的10万名苏军，不过此时齐降的雨雪影响了德军继续北上莫斯科的推进。但无论如何，进攻势头因10月24日攻占哈尔科夫和11月20日攻占罗斯托夫城而得以持续。不过到了现在，进攻动力已经告罄。11月29日，当仓促组建的苏联第37军威胁要切断罗斯托夫的德军时，伦德施泰特命令南方集团军群退至米乌斯河及顿涅茨河一线。希特勒试图取消这一命令，但为时已晚。第二天，希特勒将伦德施泰特解职。到12月6日，德军在南起亚速海岸的罗斯托夫蜿蜒穿越伊久姆、图拉和莫斯科、加里宁直到列宁格勒的广大阵地处于防守态势。12月6日当天，朱可夫――他动用了40个西伯利亚师――发起了冬季攻势。此次大举反攻中出现了大战爆发以来所未见的场面：德军成建制部队全体投降。

凯特尔后来将德军噩运降临的日期限定于1941年12月11日，解释说，“天气以从泥泞季节急剧转变为地狱般的严寒，我军仅身着临时赶制的冬装，随之而来的是灾难性的后果。”铁路系统已经瘫痪，因为“德军机车和水塔都被冻成冰块”。凯特尔认为希特勒一概拒绝任何后撤的提议，是当时最正确的决策，“因为他正确地认识到即使只撤退几英里，也就等于损失掉了我军所有的重型装备”。坦克、火炮、反坦克武器和车辆“全都无可取代，事实上其他解决方案都不如在原地战斗”。就在1941年12月11日，凯特尔认定的对苏战争转折的这一天，希特勒对美国宣战。德国对美国宣战在东线战场上造成的效果就是美国大幅度地为苏军战争努力捐赠武器装备及各类补给品。

如果希特勒以为德意志国防军可以身着非标准的冬装抵御零度以下的寒冷，那么事实很快就表明，他大错特错。德军在世界上最寒冷的国家作战，德国人在基本的冬装补给方面却做得远远不够，而且他们为军队准备的那些服装也往往无法保暖。所有这些都根源于希特勒的信念，他认为对俄战争可以在三个月内，即在9月底，天气转变之前结束。丘吉尔借就任首相两周年的机会，嘲讽希特勒的第一个“重大失误”――入侵苏联。因为“你们知道，苏联有冬天。有好几个月的时间，气温会降得很低。还有雪，还有霜。希特勒忘记了苏联有冬天。他上学肯定学得不怎么样。”