Изучив обстановку, Рокоссовский пришел к неутешительному выводу: оборонять Клин некому, следует думать лишь о том, чтобы задержать натиск противника на восток, к Яхроме и Дмитрову. Эту задачу Рокоссовский возложил на своего заместителя генерал-майора Ф. Д. Захарова. После этого Константин Константинович, покинув Клин, в ночь на 24 ноября добрался до штаба армии. Но сил для того, чтобы задержать наступавшие вражеские войска, у оперативной группы генерала Захарова не хватало. Это были малочисленная 126-я стрелковая дивизия, очень слабая 17-я кавалерийская дивизия и 25-я танковая бригада, имевшая всего 12 танков.
В результате захвата противником Клина между 30-й и 16-й армиями образовалась брешь и создалась реальная угроза прорыва обороны Западного фронта и обхода противником его правого крыла. Немецкое командование усилило северную подвижную группировку до четырех танковых (6, 7, 2 и 11-я), до двух моторизованных (14-я, 36-я) и одной пехотной (106-я) дивизий. Она в течение 24 и 25 ноября продолжала развивать наступление на Рогачево, Дмитров и по Ленинградскому шоссе на Солнечногорск, Черную Грязь. Одновременно часть сил вела бои за полное овладение районом Клина, где оборонялись малочисленные войска 30-й и 16-й армий.
Для прикрытия солнечногорского направления генерал Рокоссовский направил с другого участка кавалерийский корпус генерала Доватора, усилив его двумя танковыми батальонами и двумя батальонами 8-й гвардейской стрелковой дивизии. Других резервов в распоряжении командующего 16-й армией не было. Несмотря на это, командующий Западным фронтом 24 ноября потребовал от генерала Рокоссовского немедленно перейти в наступление на Солнечногорск. В это время противник вплотную подошел к Истринскому водохранилищу. Ему удалось потеснить левофланговые части и соединения 30-й армии, которые отходили в район Алешино, к югу от Рогачево. В результате ухудшилось положение на правом фланге 16-й армии. Ее войска, упорно обороняясь, также отходили. Потери росли, а восполнить их было нечем. С целью преградить противнику дорогу на Москву водоспуски Истринского водохранилища по окончании переправы войск 16-й армии были взорваны. В результате чего образовался водяной поток высотой до 2,5 м на протяжении до 50 км к югу от водохранилища. Попытки противника закрыть водоспуски успехом не увенчались. Ему пришлось задержаться на водном рубеже и организовать форсирование этой преграды. Кроме того, он затратил немало усилий на преодоление проходившего здесь промежуточного оборонительного рубежа Солнечногорск, Истринское водохранилище, г. Истра, Павловская Слобода, заранее подготовленного инженерными частями.
Генерал-фельдмаршал фон Бок, подгоняемый приказами Гитлера и боязнью наступавших холодов, предпринял 27 ноября еще одну отчаянную попытку прорваться к Москве, на этот раз по Дмитровскому шоссе. Под напором превосходящих сил противника левофланговые соединения 30-й армии отошли на восточный берег канала Москва – Волга. В ночь на 28 ноября передовой отряд 7-й танковой дивизии захватил Яхрому и мост через канал. В то же время 4-я танковая группа усилила давление на 16-ю армию и потеснила ее. 30 ноября части 106-й пехотной дивизии 5-го армейского корпуса заняли Красную Поляну, подойдя к Москве на пушечный выстрел. По требованию Сталина войска 16-й армии предприняли наступление и выбили противника из Красной Поляны, ликвидировав угрозу обстрела Москвы.
Однако противник продолжал наращивать свои усилия. 2 декабря части 4-й танковой группы захватили Крюково. Генерал Рокоссовский в ночь на 3 декабря приказал командиру 8-й гвардейской стрелковой дивизии вернуть поселок. С 3 по 6 декабря части дивизии девять раз атаковала крюковский узел сопротивления, который переходил из рук в руки. 18-я стрелковая дивизия и 145-я танковая бригада, сломив упорное сопротивление врага, сумели к исходу дня 5 декабря овладеть Шеметковом. Преследуя врага, они заняли Надовражино. 9-я гвардейская стрелковая дивизия, 17-я танковая и 40-я стрелковая бригады овладели Нефедьевом, Туровом и развивали наступление на Петровское.
Утром 2 декабря, после короткой артиллерийской подготовки, соединения 20-й и 1-й ударной армий неожиданно перешли в наступление против 3-й танковой группы. Несмотря на упорное сопротивление противника, войска 1-й ударной армии к исходу 5 декабря вышли на восточный берег канала у Дмитрова и в район юго-западнее Яхромы. На левом фланге ударной группы армии части 133-й стрелковой дивизии и 55-й стрелковой бригады отбросили на запад 23-ю пехотную дивизию и отбили атаки 1-й танковой дивизии корпуса Моделя со стороны Белого Раста, полностью деблокировав оперативную группу генерала Захарова. В результате противник был лишен возможности перебросить соединения 3-й танковой группы к Москве и вынужден был ослабить давление на 16-ю армию. Моделю не удалось пробиться к Москве.