Потери 1-й немецкой танковой группы составили на 4 сентября 1941 года 408 танков, из них 186 безвозвратно. Эти цифры могли быть еще больше, если бы в контрударе принимал участие 4-й механизированный корпус (командир — генерал-майор А.А.Власов), в котором имелись 313 Т-34 и 101 КВ. Но корпус этот действовал южнее, в полосе 6-й армии. Были велики и наши потери — после трех дней операции все четыре мехкорпуса остались практически без танков. В целом же с 22 июня по 9 июля 1941 года потери Красной Армии составили 11 712 танков, в том числе и многие Т-34. Причем это были безвозвратные потери, так как отремонтировать поврежденные машины не представлялось возможным — поле боя оставалось за немцами.
К началу августа 1941 года в действующей армии осталось 235 боеспособных танков Т-34. Еще 116 машин находились в только что сформированных резервных соединениях. Огромные потери людей и техники привели к экстренному переходу от корпусов к более мелким формированиям — бригадам, полкам и батальонам. В соответствие с директивой заместителя наркома обороны от 24 августа 1941 года танковые дивизии переформировывались в отдельные танковые бригады.
В битве за Москву принимали участие бригады разной организации. Так, 8-я танковая бригада, например, имела полковую структуру. На ее вооружении состояло 22 Т-34, 7 КВ и 32 легких танка.
4-ю танковую бригаду (с 11 ноября 1941 года — 1-я гвардейская) сформировали в сентябре 1941 года в Сталинграде уже по батальонной схеме организации, включив в ее состав 49 машин (из них 16 — Т-34 производства СТЗ). Это соединение под командованием М.Е.Катукова успешно действовало под Орлом и Мценском, сражаясь против 2-й немецкой танковой группы генерала Г.Гудериана. В бригаде была хорошо организована разведка, умело применялась маскировка. За восемь дней боев бригада шесть раз меняла позиции и подбила 133 танка, две бронемашины, семь тяжелых орудий, 15 тягачей, зенитную батарею, девять самолетов и много другой боевой техники противника. Действия 4 тбр являются блестящим примером ведения активной обороны в условиях значительного превосходства противника в силах и средствах.
"Тридцатьчетверки" 33-й танковой бригады проходят по Красной площади. Москва, 7 ноября 1941 года
За Москву! В атаке — танк Т-34 производства СТЗ. Декабрь 1941 года
Именно так действовал командир отдельной танковой группы старший лейтенант Д.Ф.Лавриненко, отражая 6 октября 1941 года атаку немецких танков в районе Нарышкино — Первый Воин. Вражеские танки, смяв нашу противотанковую оборону, прорвались к позициям 4 тбр и начали "утюжить" окопы мотострелков. Четыре "тридцатьчетверки" Лавриненко выскочили из леса наперерез танкам противника и открыли огонь. Немцы никак не ожидали появления советских боевых машин. После того как загорелись шесть Pz.III, они остановились, а затем начали отходить. Танки Лавриненко исчезли так же внезапно, как и появились, но уже через несколько минут показались левее из-за пригорка и вновь открыли прицельный огонь. В результате нескольких подобных стремительных атак на поле боя осталось 15 подбитых немецких танков. Наша группа потерь не имела.
О старшем лейтенанте Д.Ф.Лавриненко следует сказать особо. Он участвовал в 28 боях. Три танка Т-34, на которых он воевал, сгорели. В день своей гибели, 17 декабря 1941 года, под Волоколамском Лавриненко подбил 52-й по счету танк противника и стал самым результативным советским танкистом периода Второй мировой войны.
В обороне Москвы участвовали и "танки-истребители"— Т-34 с 57-мм пушкой. Около десяти таких машин имелось в составе 21-й танковой бригады, сформированной во Владимире. 14 октября бригада выгрузилась на ст.Демидово и на следующий день получила приказ наступать во фланг Калининской группировке противника. За четыре дня боев бригада уничтожила до 1000 немецких солдат, 34 танка, 210 автомашин, 25 орудий и много другой техники. В ходе боев в октябре — ноябре погибли командир танкового полка 21 тбр Герой Советского Союза майор Лукин и командир 1-го батальона Герой Советского Союза капитан Агибалов. К 25 ноября все "танки-истребители" бригады были потеряны.
Также имеются данные, что восемь танков Т-34 с 57-мм пушками, но без боеприпасов 19 октября 1941 года поступили в 8 тбр Калининского фронта.
7 ноября 1941 года по Красной площади в Москве прошли 160 танков, 40 из них — "тридцатьчетверки" 33-й танковой бригады.
В целом же в танковых частях Красной Армии, оборонявших Москву, количество танков Т-34 было невелико. Преобладали легкие боевые машины как старых марок, так и новые Т-60. Скажем, в начале октября 1941 года Западный фронт располагал 483 танками, из которых только 45 были Т-34 и КВ. К концу года число Т-34 в войсках несколько возросло, но не превышало 25—30% от общего количества боевых машин.