Όταν, λίγες εβδομάδες αργότερα, η Βέρμαχτ έφθασε λίγα χιλιόμετρα έξω από τη Μόσχα, ο Στάλιν στράφηκε στον Ζούκοφ για να την αποκρούσει. Ο Ζούκοφ τότε μετέφερε τάχιστα μονάδες από τη Σιβηρία και οργάνωσε μία πλατιά αντεπίθεση, κερδίζοντας τελικά τη Μάχη της Μόσχας τον Δεκέμβριο του 1941. Αναβαθμίσθηκε σε υπαρχηγό του Κόκκινου Στρατού και στάλθηκε στο Νοτιοδυτικό Μέτωπο, όπου τέθηκε υπό τις διαταγές του Αλεξάντρ Βασιλιέφσκι. Η «Επιχείρηση Ουρανός», την οποία σχεδίασε, θεωρείται η σημαντικότερη ενέργεια της Μάχης του Στάλινγκραντ και αυτή που έγειρε την πλάστιγγα υπέρ των σοβιετικών. Ταυτόχρονα όμως ήταν ο κύριος υπεύθυνος της αποτυχημένης (και ξεχασμένης σήμερα) «Επιχείρησης Άρης» εναντίον της γερμανικής προκεχωρημένης γραμμής άμυνας του Ρζεφ μπροστά στη Μόσχα.