Картина завершившегося сражения была поистине трагичной. Офицер из штаба 8-го армейского корпуса в своем отчете писал: «...Наступил мороз и выпал первый снег. Бесконечные потоки русских пленных шли по автостраде на запад. Полны ужаса были трупные поля у очагов последних боев. Везде стояли массы оседланных лошадей, валялось имущество, пушки, танки».
Также значительны были и потери немецких войск. Только один 8-й армейский корпус в период 2–14 октября 1941 года потерял убитыми, пропавшими без вести и ранеными более 4 тысяч человек. В то же время нужно учитывать, что его части за это время пленили 51,5 тысячи советских военнослужащих и взяли в качестве трофеев 157 танков, 444 орудия и другое военное имущество.
Когда под Вязьмой все было уже кончено, в районе действия 50, 3 и 13-й советских армий Брянского фронта (командующий фронтом – генерал-лейтенант А. И. Еременко, а с 14 октября 1941 года – генерал-майор Г. Ф. Захаров) еще продолжались кровопролитные бои. Только 9 октября 1941 года соединения 2-й армии генерала Вейхса смогли соединиться со 2-й танковой армией Гудериана северо-западнее Брянска, расчленив тем самым советскую группировку на две части. В северной в районе Брянска оказалась 50-я армия, в южной – в районе Трубчевска, Суземки, Навли – 13-я и 3-я армии.
50-я армия еще имела возможность прорваться на город Белев, где на 8 октября находились только части 112-й и 52-й пехотных дивизий 2-й армии и немцы не имели сплошного фронта обороны. Однако начавшийся успешный прорыв 50-й советской армии на Белев был вскоре остановлен по приказу Б. М. Шапошникова. Все попытки частей армии пробиться в юго-восточном направлении на реку Рессета оказались безуспешными. И только затем, потеряв свыше 80% личного состава и более 97% артиллерии, лишившись командующего генерала М. П. Петрова, остатки 50-й армии вышли из окружения, прорвавшись в северо-восточном направлении на Белев.
Очень тяжелым было и положение 3-й армии генерала Крейзера, которая вела бои в районе Дмитровск – Орловский. Она понесла огромные потери, и из окружения в районе северо-восточнее Поныри смогли пробиться только три тысячи человек.
Соединения 13-й армии генерала Городнянского изначально пробивались на юго-восток, в общем направлении на Севск. В результате на дороге южнее Злобино образовалась брешь шириной в 4 километра, которую командование 2-й танковой группы своевременно закрыть не могло, и через нее начали просачиваться мелкие группы из 13-й армии. Однако во второй половине дня 16 октября немецкому мотоциклетному батальону, продвигавшемуся с юга, удалось установить связь с 3-м батальоном 156-го пехотного полка и таким образом закрыть брешь. Только отдельным советским частям удалось в ночь на 17 октября прорваться в направлении моста через реку Свапа.
Итоги сражения под Вязьмой и Брянском были тяжелейшими для советских войск. Согласно предварительным оценкам ОКХ от 14 октября 1941 года, в плену оказалось свыше 500 тысяч советских солдат и офицеров. Немецкими войсками было захвачено 3 тысячи орудий, 800 танков и другая техника. Чуть позже, к 18 октября, 2-я полевая армия доносила о пленении еще 55 тысяч человек и захвате 477 орудий, 21 танка, 1066 автомашин и другой техники. В итоговой сводке германского верховного командования вскоре появились сообщения о взятии в плен 663 тысяч красноармейцев и командиров, уничтожении или захвате 1242 танков и 5412 орудий. По недавно опубликованным данным, за первые 2–3 недели боев под Москвой Красная Армия лишилась до одного миллиона человек, из которых (по немецким источникам) около 688 тысяч пленными.
Таким образом, спустя всего полмесяца после поражения под Киевом Красную Армию постигло под Вязьмой новое величайшее бедствие. В советской стратегической обороне на московском направлении образовалась брешь шириной около 500 километров, закрыть которую практически было нечем. 8 октября 1941 года отдел по изучению иностранных армий Востока Генштаба ОКХ констатировал, что противник не имеет в своем распоряжении крупных сил, чтобы остановить продвижение немецких войск восточнее Вязьмы. Но немецкое командование, будучи в эйфории от одержанных побед, отступило от важнейшего закона военного искусства – сосредоточения сил на направлении главного удара – и решило расширить полосу наступления на север.
8 октября 1941 года в 23 часа 10 минут штаб ОКХ направил директиву штабу группы армий «Центр», из которой следовало, что Гитлер принял решение высвободить 3-ю танковую группу у Вязьмы (выполнение ее задач возлагалось на 4-ю танковую группу) и как можно скорее направить танки Гота в общем северном направлении для участия совместно с частями северного фланга 9-й армии и южного фланга 16-й армии в операции по уничтожению противника в районе между городами Белый и Осташков. Предполагалось, что наступление 16-й армии из состава группы армий «Север» и 9-й армии и 3-й танковой группы из состава группы армий «Центр» навстречу друг другу в случае успеха могло поставить в критическое положение не только советский Северо-Западный фронт, но и все силы Красной Армии, действующие на северном фланге советско-германского фронта.
Командование группы армий «Центр» не возражало против проведения этой операции, так как было практически уверено в успехе предстоящего наступления в районе Валдая. Фон Бока не смущало разделение главных сил группы на несколько направлений. По донесениям разведки и показаниям военнопленных, противник располагал в районе Москвы лишь отдельными частями НКВД и милиции, без артиллерии и тяжелого вооружения. Перед фронтом 4-й полевой армии, наступающей на столицу, было замечено всего лишь одно полнокровное советское соединение, появившееся под Медынью. Также предполагалось, что на участке от Козельска до Рузы находится не больше четырех-пяти советских стрелковых дивизий.
Начав наступление по этому плану, немецкие части уже к 10 октября вышли к Можайской линии обороны, а 14 октября соединения 3-й танковой группы ворвались на окраины Калинина.
14 октября 1941 года штаб группы армий «Центр» издал новый приказ на продолжение операций на московском направлении. Согласно этому приказу 2-я танковая армия должна была охватить Москву с юго-востока, а 4-я армия (совместно с 4-й танковой группой) – окружить столицу с юга, запада и севера и в дальнейшем, при возможности, наступать на Ярославль и Рыбинск. Другие оперативные объединения должны были наступать по расходящимся направлениям: 2-я армия – на Елец и Богородицк; 9-я армия и 3-я танковая группа – на Торжок и Вышний Волочек, не допуская «отвод живой силы противника, стоящей перед северным флангом 9-й армии и южным флангом 16-й армии». 9-я армия и правый фланг 3-й танковой группы должны были также уничтожить советские части в районе Ржева, Зубцова, Старицы.
Решение штаба группы армий «Центр» окружить Москву выглядело вполне логичным. Оно напоминало решения, реализованные под Минском и под Смоленском. Теперь же германские ударные клинья после уничтожения сил Красной Армии под Вязьмой собирались создать очередной «котел» для советских войск, непосредственно прикрывавших Москву.
В середине октября немецким генералам казалось, что дальнейшее наступление на Москву пойдет как по маслу. Они были убеждены, что основные силы Красной Армии на западе столицы уже разбиты. Следовательно, оставалось только продвигаться вперед и добивать разрозненные советские части. Проблема с флангами могла быть решена по ходу дела. Но фашистские стратеги не учли многих факторов, главным из которых было возросшее сопротивление бойцов и командиров Красной Армии и экстренные меры советского правительства, руководства вооруженных сил по мобилизации всех ресурсов на защиту Москвы.