根据德军司令部制定的"台风"作战计划，德军第2装甲集团军集中攻击布良斯克方向，第3、第4装甲集团军集中攻击维亚济马方向。尽管苏联顽强抵抗，德国第2装甲集团军还是突破了苏军第50集团军的防御，并于1941年9月下旬占领了布良斯克。在10月3日占领奥里奥尔之后，德军沿着奥里奥尔-图拉公路前进。
10月13日，朝维亚济马方向的大部分苏军被歼灭，只有少数突出的围攻。德军在维亚济马-布良斯克战役中俘虏了580，000名苏军。由于希特勒坚持要求德国中央集团军在占领斯摩棱斯克后进攻列宁格勒和乌克兰，德国人直到1941年9月30日才集中部队，集中力量在莫斯科，这给了苏联宝贵的时间来巩固莫斯科地区的防御。
作为莫斯科战役的总司令，朱可夫立即在莫斯科城外建立了新的防线，部署了14个步兵师，16个坦克旅和40多个炮兵团，并迅速重建了第5、第16、第43和第49团，但总兵力刚刚超过9万人。包括罗科索夫斯基，李柳森科和叶菲莫夫在内的一群有战斗经验的将军被吸引到莫斯科地区。在三天内，莫斯科市民组织了60万人，在莫斯科市周围建造了三座防御工事。
1941年10月中旬至11月初，苏军和德军在莫扎伊斯克地区进行了激烈的战斗，德军虽然占优势，但在拉玛、鲁扎、纳拉等地区仍被苏军顽强地阻止。11月13日，德军中央集团军集群的51个师发动进攻。克鲁格的第4集团军作为正面进攻，霍尔特的第3装甲集团军和霍普纳的第4装甲集团军从北部和西部包围莫斯科，古德里安的第2装甲团从南部包围莫斯科。
由于苏军顽强的防御和许多反突袭行动，德国人被阻止进入莫斯科之外。仅在1941年11月16日至12月5日之间，德军在莫斯科地区就损失了超过15万人的伤亡，并损失了大量的坦克、大炮和战斗机。在莫斯科战役中，德国人被击败，损失了50多万人，1，300多辆坦克，2，500门火炮和15，000多辆汽车。莫斯科战役后，霍尔特指挥第4装甲集团军，参加了蓝色行动和斯大林格勒战役，每次都有良好的战绩，霍尔特成为苏联最可怕的德国装甲将军。
克雷斯特曾说过，如果希特勒不允许霍尔特的第4装甲集团南下，德国人将能够占领斯大林格勒，整个战争将发生巨大变化。斯大林格勒战役失败后，霍尔特指挥第4装甲集团军在1942年底至1943年初的冬季行动中成功保卫罗斯托夫，掩护了50万德军从高加索撤军。此后，霍尔特的第4装甲集团军和党卫军第二装甲集团军共同击败了苏联的西南和布良斯克部队，并赢得了哈尔科夫的反击。
曼施坦因只需要告诉霍尔特目标和限制，然后向霍尔特提供足够的部队、弹药和装备，霍尔特就能顺利完成任务，曼施坦因欣赏霍尔特的军事指挥。由于部队和后勤补给不足，霍尔特在1943年10月的基辅防御战役中无法守住基辅，他被希特勒斥为"替罪羊"并被迫退役。