Немецкое Верховное командование стремилось всеми средствами удовлетворить просьбы своего союзника. Был отдан приказ, по которому группа армий, не имея даже самых необходимых сил для усиления своей ударной мощи, перешла в начале октября из района севернее озера Ильмень в наступление на северо-восток. Несколько позже, в середине октября, на другом участке фронта группы армий, а именно в районе Валдайской возвышенности (юго-восточнее озера Ильмень), немецкие войска также перешли в наступление в том же направлении. Наступавшие войска добились вначале некоторых успехов, однако преодолеть Валдайскую возвышенность им не удалось. Наступление вследствие сильного сопротивления со стороны противника захлебнулось. Северная группировка немцев, ведя тяжелые бои, вышла в район Тихвина. Казалось, что соединение с финнами уже достигнуто. Однако в результате провала наступления южной группировки через Валдайскую возвышенность резко выдвинувшиеся на восток немецкие войска оказались без всякого прикрытия со стороны своего правого фланга. Обеспечить этот фланг войска северной группировки не сумели, так как у них не было для этого достаточных сил и средств. Поэтому, когда в начале декабря русские перешли в контрнаступление, немцам пришлось оставить Тихвин и отвести свои войска за реку Волхов. Чтобы сохранить фронт окружения под Ленинградом, немцы упорно удерживали Шлиссельбург. Между фронтом, обращенным на восток, и внутренним фронтом окружения, обращенным на запад, осталась очень узкая полоска земли. Немцы все время опасались, что русские перережут этот «канал», и поэтому он был объявлен наиболее угрожаемым участком фронта.
Бои за Ленинград велись той и другой сторонами с огромным ожесточением. 18-й армии удалось местами подойти к окраине города. Однако теми слабыми силами, которые она имела, ей не удалось сломить сопротивление защитников города, с фанатическим упорством оборонявших каждый метр земли и каждый дом. Ленинград, а вместе с ним и район Ораниенбаума, имевший большое значение для прикрытия Кронштадта, продолжали прочно удерживаться противником.
Как и в группе армий «Юг», имевшиеся здесь у немцев силы совершенно не соответствовали тем огромным задачам, которые были перед ними поставлены. Этого недостатка не могли компенсировать ни высокий боевой дух войск, ни их храбрость, ни мастерство командования. Все сильнее давали себя чувствовать необъятные пространства России и огромные людские и материальные ресурсы исполинского Советского государства, которое с величайшей энергией мобилизовало все свои силы для ведения тотальной войны в масштабах, в то время еще не известных Германии.
2 октября группа армий «Центр», получив большие подкрепления, перешла силами трех полевых и трех танковых армий в наступление на Москву. С величайшей надеждой следили за ее действиями немецкое руководство и весь немецкий народ. Это наступление группы армий должно было полностью решить исход кампании и вместе с тем, как все надеялись, значительно приблизить конец всей войны. То, что было сделано Верховным главнокомандованием для усиления группы армий, сегодня представляется недостаточным. Однако в то время она являлась такой мощной ударной группировкой, которая, казалось, сможет выполнить поставленную ей задачу. В ее состав входили три танковые армии (танковые группы были переименованы в армии). Войска были очень сильно насыщены техникой. Танковые и артиллерийские части и соединения были полностью доукомплектованы. Однако восполнить целиком огромные потери в людях, понесенные немцами в первые месяцы войны, удалось не везде.
Противник, действовавший перед фронтом группы армий «Центр», имел возможность в период сражения за Киев и последовавшей за ним перегруппировки войск подтянуть сюда подкрепления и создать несколько мощных полос обороны. Он снова захватил инициативу в свои руки на многих участках фронта и стал наносить немецким войскам местами весьма ощутительные удары. Следовало ожидать, что противник, сознавая всю важность задачи по обороне своей столицы, будет сражаться очень упорно.
Южное крыло группы армий «Центр» начало наступление несколько раньше северного. Уже 30 сентября 2-я танковая армия перешла из района восточнее Десны в наступление на северо-восток в направлении верховьев Оки. При поддержке крупных сил авиации армия прорвала оборону противника и быстро вышла в тыл русским войскам, которые оборонялись перед фронтом 2-й полевой армии. Часть сил 2-й танковой армии была направлена на Брянск с целью выхода в тыл этой русской группировке, а главные силы армии, обеспечив свой открытый правый фланг, к 3 октября вышли в район Орла.