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有鉴于此，希特勒下定决心，一定要彻底拔掉莫斯科这颗眼中钉、肉中刺。德军力图通过创造一个“1944年的斯大林格勒战役”，彻底完成1942年冬未竞之业。
为了取得战役的胜利，德军统帅部从今年四月起就开始了大规模的准备，并制订了代号为“堡垒”的作战计划。德军拥有虎式、豹式坦克和“斐迪南”式强击火炮，在火力上占据上风，而苏军则在兵力方面占据优势，另外武器方面各方面军、集团军则以安家军1940年左右的装备为主，但也装备了苏联自行研究的KV、IS重型坦克和SU系自行反坦克炮及自行火炮。双方可谓旗鼓相当。
德军的战略意图是摆出钳型攻势，从南北双方同时夹攻莫斯科。
在战区南线。由德军第四装甲师和图拉集团组成的南方集团军三十二个师的兵力，在重新获得希特勒信任的曼施泰因元帅的指挥下。由南向北进攻；在北线，克卢格元帅指挥中央集团军三十个师的兵力，由西向东进攻。
此外，德军还准备了四十个师为战略预备部队。
按照作战计划，南北两路大军将在莫斯科城下会合，完成合围。并对莫斯科城发起致命一击。
面对德军的强大兵力，苏军最高统帅部决定以牙还牙，倾全力与敌人对抗。
苏军的战略部署是：
由罗科索夫斯基大将率领加里宁方面军六个集团军防守北线；巴什钦大将率领西方面军六个集团军防守南线；以布良斯克方面军和西北方面军为战略预备队，同时新组建的中央方面军由喀山开到莫斯科东部地区。随时准备进城进行惨烈的巷战。
苏军投入的总兵力为310万，配备7200辆坦克和强击火炮，四万门大炮和6180架飞机，总指挥由朱可夫元帅担任。
七月四日深夜十一点一刻，德军率先发起了第三次莫斯科战役。
战斗从一开始就进入白热化，由于提前侦测到了德军的动向，苏联最高统帅部大本营决定在莫斯科城下坚守，在防御交战中消耗德军突击集团，为苏军转入反攻，进而转入战略总攻创造有利条件。
苏军加里宁方面军奉命抗击德军从布良斯克、斯摩棱斯克经维雅兹马。向莫斯科城西的进攻，西方面军抗击德军由图拉和卡卢加向莫斯科城南谢尔普霍夫、马洛雅罗斯拉维茨一线的进攻。｛｝
预定在完成防御任务后，苏军加里宁方面军在维雅兹马至基洛夫方向转入反攻，中央方面军亦将加入追击作战。
西方面军在瓦图京大将、布良斯克方面军在司令科涅夫上将的率领下，与马利诺夫斯基大将率领的西南方面军协同，彻底粉碎德军图拉战略集团，逼向库尔斯克，呼应西南方面军和顿河方面军，攻占库尔斯克。扭转南方战局。…；
至于伏尔加河下游斯大林格勒至阿斯特拉罕一线，斯大林格勒方面军、南方面军和高加索方面军，已经蓄势待发，只等德军露出破绽即发起攻击。
不过，不管后续战局如何变化，当务之急是守住莫斯科，否则一切免谈。
经过连续多年的指挥作战，遭遇诸多挫折，也曾取得辉煌胜利，朱可夫已经成长为首屈一指的战术大师，对于莫斯科这座城市的防御体系，朱可夫充满了信心。
总的说来，战斗队形和防御阵地均作纵深梯次配置的指导思想，是朱可夫在莫斯科附近组织防御的依据，这些防御阵地有非常完善的堑壕体系及其他工事体系。
在这一年多时间里，苏军在莫斯科西方和南方构筑了五到六道防御地带，其中包括