К середине сентября 1941 г. немецкому командованию стало ясно, что бои в районе Киева возможно будет завершить еще до конца текущего месяца. Следовательно, появлялась возможность задействовать в предстоящем наступлении в полную силу моторизованные и танковые соединения 2-й танковой группы. С другой стороны, окончательно решился вопрос об использовании на фронте ГА «Центр» крупных сил из ГА «Север». 15 сентября Гитлер отдал приказ о переброске 4-й танковой группы из-под Ленинграда на центральное направление (в район Рославля) для участия в наступлении на Москву. Максимальные силы и средства сосредотачивались против «группировки Тимошенко».

16 сентября 1941 г. фон Бок издал директиву № 1300 («Директивы для новой операции»). 4-я армия (с подчиненной 4-й танковой группой) и 9-я армия (с подчиненной 3-й танковой группой) должны были осуществить прорыв советской обороны по обеим сторонам шоссе Рославль – Москва и севернее автодороги Смоленск – Москва и зажать противника в клещи у Вязьмы. Частям 9-й армии предстояло также продвинуть свои войска в направлении на Ржев. Задачей 2-й армии было наступление в направлении Сухиничи, Мещовск и на южном фланге на Брянск. 2-я танковая группа должна была пересечь линию Орел – Брянск. Указывалось, что танковая группа продвигается «с юга в направлении позиций противника на реке Десна»[8].

Для операции предназначались силы двадцати двух немецких корпусов. Из состава ГА «Юг» фон Бок получал также две танковые, две пехотные и две моторизованные дивизии. Из резерва главного командования передавались полностью укомплектованные 2-я и 5-я танковые дивизии, прибывшие из Германии, которые должны были войти в состав 40-го корпуса 4-й танковой группы[9]. 19 сентября началась переброска в район действия ГА «Центр» 27-го армейского корпуса, изъятого из ГА «Д» во Франции[10]. В резерве группы армий оставались всего два соединения – 19-я танковая дивизия и 900-я учебная бригада, кроме того, имелся моторизованный полк СС «Великая Германия».

Некомплект личного состава в пехотных дивизиях вермахта был пополнен живой силой примерно до 90% штатной численности. Количество танков в танковых и моторизованных дивизиях было доведено до 80-100% по штату[11]. Командование сухопутных войск вермахта обращало особое внимание на скрытность перегруппировки войск, выход их на исходные рубежи наступления как можно в более позднее время и с проведением мероприятий по дезинформации противника. Перемещение частей производилось по возможности в ночное время[12].

К началу операции общая численность ГА «Центр» была доведена до 1 929 406 чел. Она имела свыше 14 тыс. орудий и минометов, около 1390 самолетов. На 1 октября 1941 г. ГА «Центр» насчитывала 1700 танков[13]. В общей сложности к наступлению готовилось 78 дивизий (включая 14 танковых и 8 моторизованных). Авиационное обеспечение осуществлял 2-й воздушный флот генерал-фельдмаршала А. Кессельринга в составе двух авиакорпусов и одного зенитного корпуса[14].

Германские силы на московском направлении составляли теперь 42% личного состава, 75% танков, почти половину самолетов, 33% орудий и минометов из общего количества, находящегося на всем Восточном фронте[15]. Никогда немцы не использовали столь огромных сил в составе одной группы армий и не развертывали на одном стратегическом направлении три танковых объединения из четырех. Силы противостоящей группировки Красной армии значительно уступали войскам ГА «Центр». В состав советских соединений на московском направлении входило: 1250 тыс. чел., 7,6 тыс. орудий и минометов, 990 танков, 667 самолетов