Ставка Верховного главнокомандования, вскрыв замысел дальнейшего наступления немцев, продолжала усиливать войска Западного фронта и создавать резервы.
С 1-го по 15 ноября Западный фронт получил в качестве пополнения 100 тысяч солдат и офицеров, 300 танков, две тысячи орудий
.
Число боевых самолетов за счет привлечения авиации Московского округа ПВО достигло 1138, большую их часть составляли истребители.
К середине месяца на Западный фронт поступило несколько десятков стрелковых и танковых бригад, артиллерийско-противотанковых полков и гвардейских минометных частей.
Чтобы добиться максимальной управляемости войсками, Ставка ВГК провела некоторые организационные изменения. 9 ноября был расформирован Брянский фронт. Входившие в него 3-я и 13-я армии передавались Юго-западному фронту. 50-я армия, оборонявшаяся в районе Тулы, была передана Западному фронту. Упреждая новое наступление на Москву, И.В. Сталин приказал С.К. Тимошенко сковать противника активными действиями на правом фланге Юго-западного фронта и затруднить переброску дополнительных сил на этот участок фронта. 3-й армии (генерал-майор Я.Г. Крейзер) поручалось прикрыть ефремовское направление, а 13-й (генерал-майор А.М. Городнянский) — елецкое. Для постановки задач этим армиям на местах 12 ноября Тимошенко выезжал в г. Елец. Еще 28 октября Сталин приказал маршалу Тимошенко передать в распоряжение Ставки 2-й кавалерийский корпус (генерал-майор А.И. Белов), который предназначался для нанесения контрудара на тульском направлении. Ставка ВТК приказала Коневу активизировать действия Калининского фронта. Войска Волховской группы получили директиву о подготовке наступательной операции в районе г. Тихвина.
Боевые действия возобновились 15 ноября наступлением 3-й танковой группы силами 3-х танковых и 2 моторизованных дивизий, поддержанных пехотными частями 27-го армейского корпуса 9-й армии из района северо-западнее Волоколамска, в полосе 30-й армии (генерал Хоменко), в общем, направлении на Клин-Дмитров. Частично удар пришелся по правому флангу 16-й армии (генерал Рокоссовский).
30-я армия, имевшая в своем составе две стрелковые, одну кавалерийскую и 107-ю мотострелковую дивизии, 21-ю и 8-ю танковые бригады, в составе которых насчитывалось только 56 танков, оборонялась в полосе шириной 70 км. Рассчитывая ошеломить советские войска и быстро прорваться в глубину, Рейнгардт после мощной артиллерийской подготовки ввел в сражение свыше 300 танков. Части 30-й армии вынуждены были вести тяжелые бои. Мужественно дрались с противником 107-я дивизия (полковник П.Г. Чанчибадзе) и 21-я танковая бригада (полковник А.Л. Лесовой). Действуя из засад, бригада подбила 15–16 ноября 18 танков. Но и сама за два дня потеряла все танки и до 30% личного состава.
Несмотря на активные действия советских войск и концентрированные удары советской авиации, противнику удалось 17 ноября прорваться южнее Волжского водохранилища и на широком фронте выйти к Волге южнее Калинина. 30-я армия оказалась расчлененной на три группировки, на левом ее фланге немцы развивали наступление на Солнечногорск и Клин. В целях обеспечения единого руководства войсками в этом районе 30-я армия, потерявшая 70% своего состава, была передана 17 ноября Западному фронту, и в командование ею вступил генерал Лелюшенко.
16 армия. В распоряжении Рокоссовского имелись изрядные силы: 4 стрелковых, 6 кавалерийских дивизий, 58-я танковая дивизия и 5 танковых бригад…
16 ноября немцы перешли в атаку в центре обороны 16-й армии. В это же время войска 16-й армии контратаковали врага на правом и левом флангах. При этом 17-я кавалерийская дивизия полковника В.А. Гайдукова во встречном бою с 7-й танковой дивизией неприятеля потеряла 75% личного состава и начала отход на восток, а 44 кав. дивизия в этой бойне погибла почти полностью. 58-ю танковую дивизию командарм бросил во фронтальный удар и, как водится, через болото. Немцы с замаскированных артиллерийских позиций в упор расстреляли почти всю дивизию.
В результате в центре полосы противнику удалось вклиниться в оборону 316-й стрелковой дивизии (генерал-майор И.В. Панфилов) на глубину 2–3 км
.
Немцы предприняли на участке 16-й армии наступление тремя группами — одна через Михайловское на Истру, стремясь выйти к Истринскому водохранилищу; вторая двигалась через Михайловское на Ново-Петровское, намереваясь перехватить Волоколамское шоссе; третья держала курс на то же Ново-Петровское и Истру.
Рокоссовский утром 17 ноября ввел в сражение 2-й эшелон своей армии и опять контратаковал.
53 кав. дивизия (комбриг К.С. Мельник) и 1 гв. танковая бригада генерала Катукова М.Е. были включены в состав кавгруппы генерала Доватора. Была ослаблена система ПВО, так как орудия были переданы ударным группировкам. В целом контрудар своих целей не достиг, и наступающие соединения к концу дня перешли к обороне. Цена контрудара оказалась слишком высокой — 92% подбитых танков, огромные потери людей и конского состава. А противник 17 ноября продолжал наступление в центре армейской полосы, расширив участок вклинения до 8 км. К этому времени его 3-я танковая группа вышла на северный берег Волжского водохранилища и, расчленив 30-ю армию, создала угрозу захвата Клина. В сложившихся условиях командование Западного фронта приняло ряд мер по усилению обороны на правом крыле. В частности, 16-й армии приказывалось завершить контрудар и к исходу 18 ноября передать остатки 58-й танковой дивизии, 17, 24 и 18-ю кавалерийские дивизии в 30-ю армию, а остальным войскам занять оборонительные позиции. Противник продолжал расширять масштабы наступления. К исходу третьего дня ему удалось вытеснить с главной полосы обороны 316-ю, 18-ю стрелковые дивизии и кавгруппу Доватора и тем самым создать условия для развития тактического успеха в оперативный. Утром 19 ноября противник нанес удар в полосе 16-й армии силами семи дивизий и к концу дня продвинулся до 10 км. Одновременно 3-я танковая группа получила задачу наступать на Клин, чтобы отрезать пути отхода 16-й армии. Наступление 16-й армии окончилось провалом. Рокоссовский следующим образом описал его ход: «Поначалу нашим частям, использовавшим неожиданность, удалось продвинуться до 3 км в глубину расположения противника, но затем еле удалось освободиться от этого вклинения… Почти одновременно с этим нашим, так называемым наступлением двинулся на всем участке, занимаемом армией, противник».
Танковая группа Гёпнера перешла в наступление на волоколамско-истринском направлении. Гёпнер вводил танковые соединения в бой группами по пятнадцать-тридцать машин в сопровождении густых цепей автоматчиков. Поистине не на жизнь а на смерть сражались с ними воины 316 и 78-й стрелковых дивизий, танкисты Катукова… Воины этих частей «стояли и дрались. Они наносили удары и принимали их. Они были стойкими. У них не было паники…» Гвардейцы Катукова вели себя достойно своего высокого звания: они умирали, но не отступали. Смелыми контратаками, воюя из засад, танкисты сдерживали натиск превосходящих сил противника.
Вспоминает М.Е. Катуков: «Бригада поддерживала танками панфиловцев, группу Доватора и обороняла свой участок. Снова и снова совершали удивительные подвиги гвардейцы и особенно Лавриненко. (Старший лейтенант Дмитрий Лавриненко, бывший учитель сельской школы, призванный в армию в конце 1940 года, стал настоящей грозой немецких танкистов. За свой короткий период военной жизни он подобьет 52 немецких танка.) Помню, 19 ноября восемь немецких танков прорвались к Гусеневу, где располагался командный пункт 316-й дивизии.
