Более удачными были действия 316‑й дивизии в Волоколамском УРе.

В ходе паузы между занятием Можайского рубежа и началом боев на нем 316‑я стрелковая дивизия получила в свое распоряжение достаточно крупные силы артиллерии: четыре пушечных артиллерийских полка РВГК, три противотанковых артиллерийских полка. Вместе со штатным артиллерийским полком соединения (16–76,2-мм пушек, 8 – 122-мм гаубиц) в составе артиллерии обороняющихся было 207 орудий: 4 – 25-мм зенитных, 32 – 45-мм противотанковых, 14–76,2-мм полковых пушек, 79 (!) – 76-мм пушек, 16 – 85-мм орудий, 8 – 122-мм гаубиц, 24 – 122-мм пушки, 30 – 152-мм гаубиц-пушек.

Такого мощного артиллерийского соединения не было ни на можайском, ни на малоярославецком направлениях. Собственно узел обороны Волоколамского УРа с бетонными колпаками располагался на шоссе Ржев – Волоколамск. Его занял 1077‑й полк 316‑й дивизии, располагавшийся на правом фланге обороны. Два других полка (1073‑й в центре и 1075‑й на левом фланге) вынуждены были оборудовать позиции с нуля, выкопав сплошную первую траншею и прерывчатую вторую. Наспех выкопанные окопы у Волоколамского шоссе являлись слабым местом обороны дивизии. Этот недостаток был частично компенсирован присутствием 296‑го противотанкового артиллерийского полка в составе двадцати 76-мм пушек и четырех 25-мм автоматических зенитных пушек.

Главный удар немцы силами 2‑й танковой дивизии нанесли утром 16 октября по сидевшему в только что вырытых окопах 1075‑му полку – атака последовала вдоль Волоколамского шоссе. Такой удар, в сущности, выводил немецкие танки в тыл остальным полкам дивизии. Два дня, 16 и 17 октября, атаки немецких танков отбивались огнем 85-мм зенитных орудий. На обозначившееся направление главного удара командующий 16‑й армией К.К. Рокоссовский, за отсутствием крупных резервов, не мог выдвинуть пехоту, но отреагировал на кризис выдвижением танковой бригады и одного пушечного артиллерийского полка РВГК.

18 октября заслон на шоссе был обойден немцами, и они продвинулись на 10 км в глубь обороны 316‑й дивизии. Девять из двадцати 76-мм орудий 296‑го противотанкового полка были выведены из строя. Однако время, выигранное сравнительно успешной артиллерийской дуэлью 76-мм и 85-мм орудий со 2‑й танковой дивизией, позволило Рокоссовскому выдвинуть на направление немецкого наступления 289‑й противотанковый артиллерийский полк, 138‑й пушечный артиллерийский полк РВГК и группу «катюш».

Орудия пушечного артиллерийского полка (122-мм пушки А-19) были поставлены на прямую наводку для ведения огня вдоль шоссе. Попытки развивать наступление 19 и 20 октября успеха наступающим не принесли, и с 20 по 25 октября 2‑я танковая дивизия приводила себя в порядок, ожидая подхода пехоты. Прорыв Волоколамского УРа с ходу ударом на узком фронте подвижными соединениями, как это было на можайском и малоярославецком направлениях, немцам не удался. Советскому командованию даже не пришлось вводить в бой прибывшую к 19 октября в резерв Западного фронта 4‑ю танковую бригаду М.Е. Катукова, прибывшую своим ходом из-под Тулы. Танковая бригада Катукова на 16 октября 1941 г. насчитывала 3 KB, 7 Т-34 и 23 легких танка.

Второе наступление на Москву немцы начали 16 ноября против войск 30‑й и 16‑й армий. Соединения 30‑й армии, располагавшиеся южнее Московского моря, не смогли сдержать сильного танкового удара врага на клинском направлении и после первых же атак начали отходить к Ленинградскому шоссе. Одновременно четыре танковые и три пехотные дивизии противника перешли в наступление против левофланговых соединений войск 16‑й армии. В этот же день 16‑я армия перешла в наступление на своем правом фланге с целью разгрома волоколамской группировки противника. Главный удар в общем направлении на западную окраину Волоколамска должны были наносить 58‑я танковая, 126‑я стрелковая, 20, 44, 24‑я и 18‑я кавалерийские дивизии. 316‑я и 78‑я стрелковые дивизии должны были наступать перед своим фронтом. Левофланговая 18‑я стрелковая дивизия оборонялась на прежнем рубеже.