26 октября в Туле и прилегающих к ней районах было объявлено осадное положение. 27 октября рано утром силами жителей Тулы началось создание рубежей обороны. Первый рубеж обороны прошел в 2 км от южной окраины города, второй и третий – в самом городе. Вокруг города выкапывались противотанковые рвы, ставились проволочные заграждения, на улицах были воздвигнуты баррикады, устанавливались противотанковые ежи и надолбы. Наиболее опасные участки шоссейных дорог были заминированы. Но все же окончить строительство укреплений до подхода немецких танков не удалось. Даже южные оборонительные рубежи не были завершены.
Основная тяжесть боев на Тульской земле выпала на 50-ю армию, которая, выйдя из окружения, ослабленная к середине октября вышла к Оке в районе Белева. 23 октября в ее состав были включены части и соединения 26-й армии. Командующим 50-й армии был назначен генерал-майор А.Н Ермаков. На его армию Верховное командование возложило оборону Тулы и подступов к городу. 24 октября Тульский городской комитет обороны и командование 50-й армии разработали и утвердили план обороны Тулы. Этот же день принято считать началом Тульской оборонительной операции (24 октября – 5 декабря 1941 г.) и началом 45-ти дневной героической обороны Тулы (24 октября – 7 декабря 1941 г.).
В конце октября 1941 г. на Тульской земле действовало 16 вражеских дивизий. На алексинском направлении наступали части 43-го немецкого армейского корпуса, здесь врага сдерживала 238-я дивизия. На ефремовском направлении действовали части 2-й немецкой танковой армии, им противостояли соединения 3-й армии. На тульском направлении наступали главные силы 2-я танковой армии Гудериана. За четыре месяца наступательных боев 2-я танковая группа (с 5 октября армия) 53-летнего генерала Гудериана основательно поредела. Она состояла из 4 танковых дивизий, 3 моторизованных дивизий, 6 пехотных дивизий и полка «Великая Германия», который по численности большее соответствовал дивизии. На начало Тульской оборонительной операции в его 14 дивизиях насчитывалось 80 тыс. солдат и офицеров, что было более чем вдвое меньше штатного расписания. Если, имея под Брестом более 1 тыс. танков, в октябре на Тулу Гудериан вел не более чем 600 машин, артиллерийский парк 2-й танковой армии имел 1000 орудий и минометов. Но, тем не менее, это была грозная сила, испытанная в немалых боях. Кроме того, сил 50-й армии для отпора врагу было явно недостаточно. На 24 октября она имела 10 стрелковых, 1 танковую и 2 кавалерийские дивизии. Но что это были за соединения! Достаточно сказать, что после выхода из окружения 217-я стрелковая дивизия имела 500 бойцов, 290 сд. – 500 чел., 260 сд. – 300 чел., 279 сд. – 1500 чел., 154 сд. – 1200 чел. и т. д. Вновь прибывшая 108 танковая дивизия была укомплектована только на 40 %. В общей сложности 50-я армия уступала 2-й немецкой танковой армии в живой силе в 3,6 раз (25 тыс. чел.), по артиллерии и танкам – в 6 раз (100 танков).
Гудериан начал наступление из Мценска утром 23 октября. Вдоль шоссе от Мценска до Тулы наступал 24-й механизированный корпус, с северо-запада на Тулу наступал 53-й армейский корпус. Немецкие войска прорвали советскую оборону в районе городов Черни и Плавска, и уже утром 27 октября передовые части 24-го немецкого корпуса заняли Плавск. На сутки их здесь задержали бойцы 108-го мотострелкового полка. Чтобы не попасть в окружение, наши войска оставили города Белев и Одоев. Утром 29 октября противник захватил город Щекино. В этих условиях перед командованием 50-й армии встала задача как можно быстрее выводить части армии в район Тулы для организации устойчивой обороны города. Севернее Щекино на пути немецких танков встала 290-я стрелковая дивизия, усиленная 58-м запасным стрелковым полком и батальном пограничников. А в районе Косой Горы оборону заняли 31-й кавалерийская дивизия и 643-й артполк. 27 октября незаконченные оборонительные рубежи на южной окраине города заняли бойцы Тульского рабочего полка под командованием капитана А.П. Горшкова (от Воронежского до Орловского шоссе), 156-й полк НКВД под командованием майора С.Ф. Зубкова и батальон милиции под командованием майора М.П. Свиридова (от Орловского до Одоевского шоссе). 732-й зенитно-артиллерийский полк ПВО под командованием майора М.Т. Бондаренко охранял город от налетов вражеской авиации. 6-я и 10-я батареи этого полка были выдвинуты к южной окраине города для стрельбы прямой наводкой по танкам противника. Северные рубежи обороны занял прибывший 29 октября 447-й корпусной артиллерийский полк. Кроме того, в обороне города принимали участие 168-й отдельный зенитно-артиллерийский дивизион и 702-й артиллерийский полк ПТО.
В течение 29 октября немецкие войска, потеснив 290-ю дивизию, обошли Косую Гору стороной и, оставив у поселка небольшую группу, основными силами пошли правее, через станцию Ясная Поляна и Скуратово. Около 16 часов одна колонна немецких танков вышла к Ивановским дачам, другая двинулась на Воронежское шоссе. Но попытка с ходу ворваться в Тулу потерпела провал из-за стойкой обороны бойцов Тульского рабочего полка, полка НКВД и 168-го отдельного зенитного артиллерийского дивизиона. Потеряв 19 танков, гитлеровцы отступили. В своих «Воспоминаниях солдата» генерал Гудериан написал: «29 октября наши головные танковые подразделения достигли пункта в 4 км от Тулы. Попытка захватить город с ходу натолкнулась на сильную противотанковую и противовоздушную оборону и окончилась провалом, причем мы понесли значительные потери в танках и офицерском составе».
Решающие бои за Тулу развернулись 30 и 31 октября. Какие же силы были сосредоточены в эти дни в городе для его обороны? Рано утром 30 октября командование 50-й армии во главе с генералом А.Н. Ермаковым издало приказ № 5, которым «для непосредственного руководства войсками на подступах к Туле с юга» создавался Тульский боевой участок в составе 217-й, 173-й, 290-й, 260-й, 154-й стрелковых дивизий, 58-го запасного полка и 1005-го стрелкового полка. Командующим ТБУ назначался генерал-майор В.С. Попов. Перед всеми участниками обороны города были поставлены конкретные боевые задачи. В частности для усиления южного участка обороны были выдвинуты 154-я стрелковая дивизию под командованием генерал-майора Я.С. Фоканова, 217-й стрелковая дивизии (генерал-майора К.П. Трубникова) и 58-ой запасного полк. В это же время на станции Хомяково выгружалась 32-я танковая бригада полковника И.И. Ющука, а в Сталиногорске – 413-я стрелковая дивизия генерал-майора А.Д. Терешкова, прибывшая с Дальнего Востока. Оба соединения были укомплектованы по штатам военного времени и имели боевой опыт Финской войны и боев на Халхин-Голе. Так что, в отличие от мемуарных воспоминаний, некоторых партийных руководителей, для обороны Тулы сил было достаточно.
Эти дни в конце октября 1941 г. были для Тулы самыми критическими. Да и Москва оборонялась изо всех сил. Враг занял половину европейской территории страны, армия были полуразгромлена, военной техники катастрофически не хватало на фронтах. Многим тогда казалось, что Тула и Москва падут, да и война будет проиграна. Но вот тут-то и произошло чудо, которое спасло Тулу и столицу, а затем помогло выиграть войну. Чудо это было в глубинности русского бытия, когда весь народ поднимается на борьбу, когда явно видно заступничество небесных сил за Россию. В эти тревожные дни в Москву из Ленинграда привезли икону Казанской Божией Матери, на самолете с ней облетели столицу, а затем перед ней служили непрестанные молебны о победе русского оружия. А в Москве жила блаженная Матрона Московская (уроженка Тульской земли, она родилась в 1881 г. в селе Себино Епифанского уезда Тульской губернии, недалеко от того места, где произошла знаменитая Куликовская битва). Она предсказывала, что враг в Москву не войдет. Существует предание, что она сказала лично Сталину: «Красный петух победит. Победа будет за тобой. Народ победит. Ты один из начальства не покинешь Москву». А в Туле, в Заречье, в Ряжском переулке, в это время жила некая Дуняша, которую в Туле считали ясновидящей и юродивой. Это была Евдокия Ивановна Кудрявцева (1883–1978). Родилась она в селе Старая Колпна, Щекинского района, а похоронена за церковной оградой старинного Свято-Никольского храма в Кочаках. Многим она предсказала судьбу их родных и близких. В тяжкие дни обороны города оружейников она вселяла уверенность в том, что немцы в Тулу не войдут. Она говорила: «Немцы в Тулу не войдут. Я закрыла город на ключи, а ключи спрятала». Ей верили, поэтому многие не покинули город.