Allerede sist i november hadde Den røde armé begynt å sette inn disse styrkene for å lappe sammen fronten, og i begynnelsen av desember hadde sovjeterne samlet en reserve på 58 divisjoner. Offensiven som Zjukov og Vasiljevskij hadde foreslått, ble godkjent av Stalin og kunne begynne. Selv med disse nye styrkene var sovjetstyrkene som ble satt inn i slaget kun 1,1 millioner mann, noe mer enn det den tyske siden disponerte. Ved nøye disponering av de nye styrkene klarte man å oppnå et forholdstall på 2:1 på kritiske punkter. Den 5. desember 1941 startet den sovjetiske motoffensiven ved Kalinin. Etter to dager med begrenset fremgang frigjorde sovjetstyrkene Krasnaja Poljana og flere andre byer i Moskvas umiddelbare nærhet.