5 декабря войска Калининского фронта, а 6 декабря – войска Западного фронта и правого крыла Юго-Западного фронта перешли в контрнаступление против фланговых группировок группы армий «Центр», пытавшихся охватить Москву. Советские войска насчитывали около 1,1 млн человек. Примерно столько же солдат и офицеров осталось в составе группы армий «Центр», которая понесла особенно большие потери обмороженными.
В результате советского контрнаступления немцы были отброшены от Москвы на 100–250 км. Были полностью освобождены Московская, Тульская и Рязанская области, а также ряд районов Калининской, Смоленской и Орловской областей. Однако советским войскам не удалось окружить сколько-нибудь крупных сил немецких войск и разгромить, как планировалось, группу армий «Центр». 9-я немецкая армия удержала Ржевско-Вяземский плацдарм, с которого по-прежнему угрожала Москве.
Жуков стремился быть сильным везде, нанося удар растопыренными пальцами, а не сжатым кулаком. Впрочем, те же недостатки были присущи и другим командующим. Так, 12 декабря Сталин по прямому проводу наставлял Конева: «Вместо того чтобы навалиться всеми силами на противника и создать для себя решительный перевес, вы… вводите в дело отдельные части, давая противнику изматывать их».
Во время контрнаступления советские войска несли большие потери. Только одна 323-я стрелковая дивизия 10-й армии Западного фронта за три дня боев, с 17 по 19 декабря 1941 года, потеряла 4138 человек, в том числе 1696 – погибшими и пропавшими без вести. Это дает средний ежедневный уровень потерь в 1346 человек, в том числе безвозвратных – в 565 человек. Вся германская Восточная армия, насчитывавшая более 150 дивизий, за период с 11 по 31 декабря 1941 года включительно имела средний ежедневный уровень потерь лишь немногим больший. В день немцы теряли 2658 человек, в том числе только 686 – безвозвратно.
В директивном письме Ставки военным советам фронтов и армий от 10 января 1942 года утверждалось: «Для того чтобы задержать наше продвижение, немцы перешли к обороне и стали строить оборонительные рубежи с окопами, заграждениями, полевыми укреплениями. Немцы рассчитывают задержать таким образом наше наступление до весны, чтобы весной, собрав силы, вновь перейти в наступление против Красной Армии. Немцы хотят, следовательно, выиграть время и получить передышку. Наша задача состоит в том, чтобы не дать немцам этой передышки, гнать их на запад без остановки, заставить их израсходовать свои резервы еще до весны, когда у нас будут новые большие резервы, а у немцев не будет больше резервов, и обеспечить таким образом полный разгром гитлеровских войск в 1942 году».
