К концу сентября 1941 г. на западном направлении происходили решающие события. Проведя во второй половине сентября крупную перегруппировку войск, немецкое командование сосредоточило на западном направлении основные усилия, рассчитывая нанесением удара на Москву и разгромом наиболее сильной группировки советских войск, овладением столицей СССР достичь целей осенней кампании и благоприятного для себя исхода войны в целом. Наступательная операция на московском направлении получила условное наименование «Тайфун». Замыслом действий предусматривалось силами группы армий «Центр» нанести удары по трем направлениям, расчленить фронт обороны советских войск, окружить и уничтожить войска Западного и Брянского фронтов в районах Вязьмы и Брянска, не допустив их отхода к Москве. В дальнейшем разгромить обороняющиеся на ближних подступах к городу советские войска и овладеть столицей СССР.
Немецкое командование, планируя наступление против войск Западного фронта в рамках операции «Тайфун», предполагало нанесением сильных ударов из районов Духовщины и Рославля в общем направлении на Вязьму прорвать оборону советских войск, окружить и уничтожить их в районе Вязьмы, затем развить наступление на Москву. Для достижения данной цели задействовались основные силы Группы армий «Центр». Сосредоточенная в районе Духовщины 9-я армия с подчиненной ей 3-й танковой группой имела задачу выйти на рубеж Вязьма, Ржев, охватывая Вязьму с севера и востока. Сосредоточенная в районе Рославля 4-я армия с подчиненной ей 4-й танковой группой имела задачу наступая вдоль Варшавского шоссе с выходом к Спас-Деменску повернуть на север, в сторону Вязьмы, с целью окружения основных сил Западного фронта. К началу операции противник ввёл в заблуждение командование советских фронтов относительно направления главных ударов и произведя перегруппировку создал численное превосходство на избранных направлениях, в том числе на Духовщинском: по людям – в 3 раза, танкам – в 1,7, орудиям и миномётам – в 3,8 раза; на Рославльском: по людям – в 3,2 раза, по танкам – в 8,5 раза, по орудиям и миномётам – в 8,5 раза.
Командование Западным фронтом, ожидая переход противника в наступление, сосредоточило основные усилия вдоль дороги Смоленск, Вязьма на стыке 16-й и 19-й армий, что впоследствии не оправдалось, так как противник нанес удары севернее и южнее.
В составе Западного фронта к 1 октября 1941 года имелось шесть армий (22-я, 29-я, 30-я, 19-я, 16-я и 20-я), 32 стрелковых, 3 танковые и 3 кавалерийские дивизии, 4 укрепрайона, 3 танковые и 1 механизированная бригада. Всего – 320 тыс.человек, 475 танков, 2253 орудия, 733 миномёта и 272 самолёта. Войска фронта занимали оборону по рубежу восточнее Адреаполя, восточнее Ярцево, западнее Ельни общей протяженностью до 340 км, имея оперативное построение в один эшелон. Во фронтовом резерве находились кавалерийская группа (2 кавалерийские дивизии), 2 танковые бригады, ряд других частей. Оперативная плотность войск первого эшелона Западного фронта составляла: на одну дивизию – 15 км, на 1 км фронта: танков – 1,6, орудий и миномётов – 7,5, орудий противотанковой обороны – 1,5.

Расчёт противотанкового ружья PzB-39 роет себе окоп.

В составе Резервного фронта имелось шесть армий (24-я, 31-я, 32-я, 33-я, 43-я и 49-я), 18 стрелковых, 12 дивизий народного ополчения, 4 танковые дивизии, 1 укрепрайон, 1 танковая бригада. Оперативное построение фронта – в два эшелона. Двумя армиями (24-я и 43-я) фронт занимал оборону в первой полосе обороны Западного фронта на Рославльском направлении на рубеже по р. Десна от района западнее Ельни до железной дороги Рославль, Кирово в полосе шириной до 100 км. Остальные силы Резервного фронта (31-я, 49-я, 32-я армии) занимали оборону в тылу Западного фронта на рубеже Селижарово, Оленине, Дорогобуж в полосе 220 км в 50–80 км восточнее переднего края первой полосы обороны. 33-я армия составляла резерв фронта, находясь в районе Спас-Деменск за 24-й и 43-й армиями. Оперативная плотность войск Западного фронта составляла: на одну стрелковую дивизию – 11,2 км фронта, на 1 км фронта: танков – 0,9, орудий и минометов – 6,7, орудий противотанковой обороны – 1,9. Оборона советских войск обеих фронтов носила очаговый характер, была неглубокой (15–20 км) и слабо подготовленной в инженерном отношении.

В составе немецких 9-й армии и 3-й танковой группы имелось 3 танковых, 2 моторизованных и 18 пехотных дивизий. Оперативное построение – в один эшелон, что позволило достичь высокую плотность войск – одна дивизия на 3,2 км.
В составе немецких 4-й армии и 4-й танковой группы имелось 5 танковых, 1 моторизованная и 16 пехотных дивизий. Оперативное построение – в два эшелона. На направлении главного удара шириной в 56 км были сосредоточены все танковые и моторизованная дивизия, 10 пехотных дивизий, что позволило и на этом направлении достичь высокой плотности войск – одна дивизия на 3,3 км.
Утром 2 октября 1941 г. основные силы группы армий «Центр» перешли в наступление на направлениях главных ударов Духовщина, Вязьма – силами 9-й армии с 3-й танковой группой в стык 30-й и 19-й армий Западного фронта, Рославль, Вязьма – силами 4-й армии с 4-й танковой группой в полосе обороны 43-й армии Резервного фронта. В первый же день операции противнику удалось прорвать оборону советских войск на Духовщинском и Рославльском направлении и вклиниться на глубину от 15 до 30 км. К исходу дня дивизии 4-й танковой группы нанесли удар по второму эшелону Резервного фронта – 33-й армии. Немецкая авиация нанесла два воздушных удара по штабу Западного фронта, что привело к частичной потере управления войсками.

3 октября 1941 г. глубина продвижения немецких войск в полосе Западного фронта составила до 50 км, Резервного – до 80 км. Командованием Западного фронта для ликвидации прорыва противника в полосе 30-й армии была создана оперативная группа Болдина (152-я стрелковая дивизия, 111-я мотострелковая дивизия, 126-я и 128-я танковые бригады). Контрудар, нанесенный 4–5 октября в районе Холм-Жирковский по наступающим соединениям немецкой 3-й танковой группы (31-й и 56-й механизированные корпуса) был отражён и требуемых результатов не достиг.
4 октября на Рославльском направлении немецкая 4-я армия с 4-й танковой группой, тесня соединения и части 43-й и 33-й армии Резервного фронта, вышли на рубеж Ельня, Спас-Деменск, Мосальск. К исходу 4 октября противник глубоко охватил группировку из 19-й, 16-й, 20-й армий Западного фронта и 32-й, 24-й и 43-й армий Резервного фронта. Создалась реальная угроза выхода танковых частей противника в район Вязьмы с севера и юга.
5 октября Ставка ВГК утвердила решение командующего войсками Западного фронта об отводе войск на Ржевско-Вяземский оборонительный рубеж, переподчинив 31-ю и 32-ю армии Западному фронту.
6 октября отдан приказ об отходе. Однако отвод войск в условиях ожесточенных боёв и частичной потери управления осуществить не удалось. Успело отойти управление 16-й армии, передавшее войска 20-й и 19-й армиям, с задачей организации обороны в районе Вязьмы.
7 октября противник силами 56-го механизированного корпуса 3-й танковой группы с севера, 46-го и 40-го механизированых корпусов 4-й танковой группы с юга и востока прорвался к Вязьме и окружил 19 стрелковых дивизий, 4 танковые бригады 19-й, 20-й, 24-й, 32-й армий и группы Болдина, образовавших так называемый «Вяземский котел». Окруженные войска вели в районе Вязьмы упорные бои до 13 октября, сковав значительные силы противника. Часть их, 12 октября прорвав фронт окружения, с боями вышла на Можайскую линию обороны. Правое крыло Западного фронта (22-я, 29-я и 31-я армии) к 10 октября заняло рубеж Осташков, Ельцы, Сычевка, передав на Можайскую линию обороны сеть дивизий.
10 октября войска Западного и Резервного фронтов, не попавшие в окружение, были объединены в один Западный фронт.

Несмотря на первоначальный успех под Вязьмой, немецкое наступление вскоре было остановлено, а 5 декабря наши войска перешли в контрнаступление.