W bitwie o pole pod Borodino, na starszym polu bitwy przeciwko Napoleonowi, pierwsze oddziały nowo sformowanej armii, które przybyły na front (a mianowicie dwa pułki z 32. Dywizji Strzeleckiej i 18. oraz 19. Brygada Pancerna) wykonały próby powstrzymania niemieckich 10. Dywizji Pancernej i dywizji „Das Reich” w ich natarciu na Możajsk. Podczas natarcia Leluszenko został ranny, jego stanowisko zajął gen. Leonid GoworowErickson, 2003, s. 219–220.. Pomimo oporu skromnych rezerw armii Możajsk padł 18 października. W późniejszym czasie, w tym samym roku, armia wzięła udział w operacji klińsko-sołniecznogorskiej.
15 listopada Niemcy przeprowadzili kolejny atak w kierunku Moskwy, jednak gdy flanki toczyły ciężkie walki, do 28 listopada 5. Armia razem z dwoma innymi armiami tworzącymi środkowy odcinek obrony Frontu Zachodniego, 33. i 43. Armią, stawiała całkiem dobry opór, pomimo kilku ataków w prawym sektorze ich linii obronnychErickson, 2003, s. 257–259.. 1 grudnia Niemcy przeprowadzili ostatnie natarcie na Moskwę, wykonane siłami XX Korpusu, które z zaciętością skierowało się na miejsce połączenia 5. Armii z 33., co doprowadziło Niemców do autostrady Moskwa–Mińsk, najważniejszej drogi do stolicy ZSRRErickson, 2003, s. 266.. Pomimo przełamania pozycji obronnych 33.