30 сентября 1941 г. противник силами 2-й танковой группы (Г. Гудериан) и 2-й полевой армии (М. Вейхс) перешел в наступление против войск Брянского фронта и, прорвав оборону 13-й и 50-й армий, занял Орел, Брянск, Кромы и, перерезав главные коммуникации фронта, поставил его войска в условия оперативного окружения. Началась Орловско-Брянская оборонительная операция советских войск, которая продолжалась до конца октября 1941 г.
2 октября в наступление перешли 4-я танковая группа генерала Э. Гёпнера и 4-я полевая армия фельдмаршала Г. Клюге, которые, прорвав оборону войск 19-й, 24-й, 32-й и 43-й армий Западного и Резервного фронтов, захватили Холм-Жирковский, Спас-Деменск и Юхнов. В результате этого прорыва под угрозой окружения оказались войска пяти советских армий. В этой ситуации Ставка ВГК приказала срочно отвести войска этих армий на ржевско-вяземский оборонительный рубеж. Однако 6 октября противник западнее Вязьмы окружил части и соединения 16-й, 19-й, 20-й, 24-й и 32-й армий общей численность 660 тысяч солдат и офицеров.
По мнению ряда историков (А. Исаев, Л. Лопуховский), причинами столь плачевного развития событий были не только значительное превосходство противника в живой силе и военной технике, но и крупные просчеты в руководстве советскими войсками со стороны фронтового, армейского и дивизионного командного звена.
В эти тревожные дни, по утверждению ряда историков (Н. Павленко, А. Самсонов), И.В. Сталин дал указание наркому внутренних дел СССР Л.П. Берии
Тем временем противник продолжил реализацию плана «Тайфун»: 2-я танковая группа вермахта перешла в наступление на тульском направлении, 2-я полевая армия приступила к разгрому советских войск в вяземском котле, 4-я танковая группа и 4-я полевая армия вермахта стали стремительно продвигаться на можайском и волоколамском направлениях, а 3-я танковая группа и 9-я полевая армия перешли в наступление на калининском направлении.
9 октября по указанию И.В. Сталина в штаб Западного фронта прибыла комиссия Ставки и ГКО в составе В.М. Молотова, К.Е. Ворошилова и А.М. Василевского, которой было поручено разобраться в причинах столь плачевного развития ситуации на фронте и принять срочные и жесткие меры для ее исправления. По итогам своей работы комиссия предложила:
1) объединить войска Западного и Резервного фронтов в единый Западный фронт и назначить командующим новым фронтом генерала армии Г.К. Жукова;
2) бывшего командующего Западным фронтом генерал-полковника И.С. Конева придать суду военного трибунала. Однако по личной просьбе Г.К. Жукова последнее решение комиссии было отменено И.В. Сталиным.
10 октября Верховный главнокомандующий подписал приказ Ставки о назначении Г.К. Жукова командующим объединенным Западным фронтом. Его первым заместителем, по его рекомендации, был назначен генерал-полковник И.С. Конев, начальником штаба остался генерал-лейтенант В.Д. Соколовский, а членом Военного совета фронта был утвержден Н.А. Булганин.
Ситуация на фронте развивалась следующим образом: а) войска 3-й, 13-й и 50-й армий Брянского фронта, после тяжелых и кровопролитных боев только в конце октября смогли вырваться из окружения и организованно отойти к тульской линии обороны; б) войска 19-й, 20-й, 24-й и 32-й армий Западного фронта, сковав на себе значительные силы противника, отчаянно пытались прорваться из окружения. Понеся огромные потери, смогли вырваться из Вяземского котла очень немногие части и соединения. Основная часть войск либо погибла в неравных боях с противником, либо, как командующий окруженной группировки генерал-лейтенант М.Ф. Лукин, попала в плен.
По признанию самих военных (Г.К. Жуков, Б.М. Шапошников, А.М. Василевский) и свидетельству историков (А.М. Самсонов, В. Анфилов), кровопролитное сражение под Вязьмой стало исключительно важным фактором победоносного завершения всей Московской битвы. В этот, самый трагический период битвы под Москвой (6—15 октября 1941 г.), окруженные войска четырех советских армий, сковав на себя двадцать восемь дивизий противника, дали возможность создать новую линию обороны вокруг столицы.