Még folytak a súlyos védelmi harcok Moszkva alatt, de az idő már változást érlelt. Öthónapnyi védelmi harc s visszavonulás után a Vörös Hadsereg – most első ízben – nagy ellentámadásra készült. Georgij Zsukov és vezérkara befejezte a szovjet főváros tehermentesítésére tervezett ellentámadás előkészületeit. A pihent és a téli viszonyokon edződött szibériai hadosztályokkal megerősített támadócsoport katonáit jól felszerelték a farkasordító hideg ellen – a hőmérő 1941. december 5-én mínusz 36 Celsius fokot mutatott.

1941. december 5-én a szovjetek 500 km-es frontszakaszon – vagyis a németek középső hadseregcsoportjának teljes hosszában – indítottak ellentámadást, Kalinytól Jelecig. Ez a németeket teljesen váratlanul érte: hírszerzésük úgy becsülte, hogy a kivérzett Vörös Hadsereg legfeljebb állásainak tartására képes. Nem így volt.

Georgij Konsztantyinovics Zsukov (1896-1974)

A szovjet csapatok Moszkvától északra, Dmitrov térségéből és Krasznaja-Poljana környé- kén koncentrált támadást intéztek a kimerült 4. hadsereg ellen. Erich Hoepner vezérez- redes – akinek csapatai legközelebb jutottak Moszkvához – azt javasolta elöljárójának, von Kluge tábornagynak, a 4. hadsereg parancsnokának, hogy a 3. és 4. páncéloscso- portok a frontvonal kiegyenesítése érdekében vonuljanak vissza az általuk létrehozott 50 kilométer mély kiszögellésből.

Német katonák még Moszkva közelében, 1941 decemberében

Von Kluge szóban engedélyezte Hoepnernek, hogy "harcolva vonuljon vissza". De mivel közben megérkezett Hitler "kitartani és harcolni mindenáron" – vagyis mindenféle visz- szavonulást megtiltó parancsa, Kluge közölte a vezérezredessel, hogy Hitler parancsa értelmében azonnal állítsa le a visszavonulást. Hoepner kurtán közölte, már nem tudja leállítani, mert végrehajtotta. Kluge ekkor ellentámadásra adott parancsot, amit a ve- zérezredes – hivatkozva csapatai állapotára – lehetetlennek tartott.

Eközben a Vörös Hadsereg támadása rendületlenül folyt tovább, és a 4. hadsereget súlyos veszteségek mellett december 20-ig a Rusa és a Lama mögé vetették vissza. A Moszkvától délre messze előnyomuló 2. páncéloscsoport éke ellen a szovjetek három oldalról átkaroló támadást indítottak. Miután a Mihajlovnál és Venyevnél kiszögellő arcvonalat Guderian időben visszavonta a Felső-Don és a Sat mögé, a Jefremov-Alekszin vonalban a 2. páncéloscsoportnak sikerült súlyos harcok árán az orosz bekerítést és megsemmisítést meghiúsítania.

Zsukov 1941. december 5-én indította el a nagy erejű szovjet ellentámadást

A szovjet ellentámadás sikere miatt Hitler leváltotta a Közép hadseregcsoport parancs- nokát, Bock vezértábornagyot (később, 1942 nyarán őt véglegesen nyugdíjazta Hitler) és több tábornokot – köztük Heinz Guderiant – majd 19-én Brauchitschtól átvette a száraz- földi erők főparancsnokságát, miközben a német visszavonulás tovább tartott.

December végére a szovjet támadás jelentősen kiszélesedett, újabb frontok léptek harcba, és az ellentámadás általános támadássá fejlődött. A legsúlyosabb harcok Orjol, Vjazma, Vicebszk térségében zajlottak, majd február-március idején Rzsev környékén. 1942. február végéig átlagosan 150 illetve 200, április elejéig pedig egyes helyeken 400 km-rel vetették vissza Wehrmacht alakulatait.

A német hadsereg elszenvedte első nagyobb vereségét. Halder tábornok naplójában a német hadsereg veszteségét 1941. június 22-től 1942. március 31-ig 1 107 830 főben ál- lapította meg.

Az 1941/42 telén a szovjet ellentámadás egyszer s mindenkorra megmentette Moszkvát, de nem érte el a remélt eredményeket, és a magára talált Wehrmacht szívós ellenállása következtében 1942 tavaszára kifulladt, a németeknek sikerült stabilizálni a frontvonalat.

Heinz Guderian vezérezredes úton a frontra. Guderian páncéloserői jutottak legmesszebb a Moszkva felé való német előrenyomulás során

Ekkor Hitlernek két dolgot is tudomásul kellett vennie: egyrészt, hogy a III. Birodalom nem képes az egész szovjet fronton az egyidejű előretörésre, másrészt muszáj bevonnia szövetségeseit egy későbbi újabb offenzíva megindításába. A tanulságok levonása után a Führer a déli frontszakaszon a Don-Volga térséget (ide értve Sztálingrádot is), illetve a Kaukázust választotta új célpontul és olasz, román, szlovák, illetve magyar erőket szólított fel az új hadműveletben való részvételre.

A szovjet ellentámadás több mint tízezer település felszabadítását eredményezte. A négy és fél hónapos időszakban a németek félmillió embert, 1300 harckocsit, 2500 löveget és 15 ezer gépkocsit vesztettek. A szovjet katonai történelemben ez volt a Vörös Hadsereg első befejezett offenzívája, mely jelentős áldozatokkal járt ugyan, viszont a győzelemnek és a propagandának köszönhetően valóságos szimbólummá emelte a szovjet fővárost.