ยุทธการที่มอสโก
การรุกตอบโต้กลับของโซเวียต

แม้ว่าการรุกของแวร์มัคท์จะหยุดชะงักลง หน่วยข่าวกรองของเยอรมันได้ประเมินว่ากองกำลังโซเวียตนั้นไม่มีกำลังสำรองเหลืออยู่เลยและไม่สามารถที่จะเปิดการรุกตอบโต้กลับได้ การประเมินครั้งนี้ถิอว่าเป็นความผิดพลาด เนื่องจากสตาลินได้โยกย้ายกองกำลังมากกว่า 18 กองพล รถถัง 1,700 คัน และเครื่องบินรบจำนวนมากกว่า 1,500 ลำ จากไซบีเรียและตะวันออกไกล กองทัพแดงได้รวบรวมกองกำลังสำรองได้ถึง 58 กองพลในช่วงต้นเดือนธันวาคม เมื่อการรุกได้ถูกนำเสนอโดยจูคอฟและวาซีเลฟสกีซึ่งในที่สุดได้รับการอนุมัติโดยสตาลิน แม้ว่าจะมีกองกำลังสำรองใหม่เหล่านี้ กองทัพโซเวียตได้มอบหมายหน้าที่ในปฏิบัติการด้วยจำนวนทหารเพียง 1,100,000 นาย ซึ่งมีจำนวนมากกว่าแวร์มัคท์เพียงเล็กน้อยเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ด้วยการเคลื่อนที่ของกองทหารอย่างระมัดระวัง อัตราส่วนสองต่อหนึ่งได้มาถึงจุดวิกฤตบางจุด
วันที่ 5 ธันวาคม ค.ศ. 1941 การรุกตอบโต้กลับสำหรับ "การกำจัดภัยคุกคามมอสโกอย่างทันท่วงที" เริ่มต้นที่แนวรบคาลีนิน แนวรบตะวันตกเฉียงใต้และแนวรบตะวันตกได้เริ่มการรุกของพวกเขาในวันถัดไป ภายหลังหลายวันของความคืบหน้า กองทัพโซเวียตเข้ายึดครองโซลเนียชโนกอร์สค์กลับคืนมาในวันที่ 12 ธันวาคม และคลิน ในวันที่ 15 ธันวาคม กองทัพของกูเดรีอัน "ถูกโจมตีจนต้องรีบล่าถอยไปยังเวเนฟ" และจากนั้นที่ซูฮีนีชี "ภัยคุกคามที่ครอบคลุมตูลาได้ถูกกำจัดหมดสิ้นไป"
วันที่ 8 ธันวาคม ฮิตเลอร์ได้ลงนามในคำสั่งของเขาที่ 39 โดยสั่งว่าให้แวร์มัคท์ทำการจัดตั้งตำแหน่งการป้องกันในแนวรบทั้งหมด กองทหารเยอรมันไม่สามารถจัดตั้งแนวป้องกันที่มั่นคงในตำแหน่งที่ตั้งเริ่มต้นและถูกบังคับให้ล่าถอยกลับเพื่อรวบรวมใแนวรบของพวกเขา กูเดรีอันได้บันทึกเกี่ยวกับบทสนทนาของ Hans Schmidt และ ว็อล์ฟรัม ฟ็อน ริชท์โฮเฟิน ซึ่งเกิดขึ้นในวันเดียวกัน และผู้บัญชาการทั้งสองได้เห็นพ้องต้องกันว่าไม่สามารถที่จะจัดตั้งแนวหน้าในทันท่วงทีได้ ซึ่งในที่สุดวันที่ 14 ธันวาคม ฟรันทซ์ ฮัลเดอร์และกึนเทอร์ ฟ็อน คลูเกอก็ได้อนุญาตให้มีการถอนกำลังอย่างจำกัดไปทางตะวันตกของแม่น้ำโอกา โดยปราศจากการอนุมัติของฮิตเลอร์ วันที่ 20 ธันวาคม ในช่วงการประชุมของเจ้าหน้าที่นายทหารระดับชั้นสูงของเยอรมัน ฮิตเลอร์ได้สั่งยกเลิกการถอนกำลังและสั่งให้ทหารของเขาทำการป้องกันพื้นที่ทุกหนแห่ง "ให้ขุดสนามเพลาะด้วยปอกกระสุนปืนใหญ่ฮาวฮิตเซอร์ถ้าจำเป็น" กูเดรีอันได้ประท้วง โดยชี้ให้เห็นว่าการสูญเสียจากความหนาวนั้นมีมากกว่าความสูญเสียจากการสู้รบและอุปกรณ์กันความหนาวนั้นถูกจัดขึ้นโดยระบบการจราจรในโปแลนด์ อย่างไรก็ตาม ฮิตเลอร์ได้ยืนกรานที่จะปกป้องแนวรบที่มีอยู่ และกูเดรีอันถูกสั่งปลดในวันที่ 25 ธันวาคม พร้อมกับเฮิพเนอร์และ Strauss ผู้บัญชาการแห่งกองทัพยานเกราะที่ 4 และกองทัพที่ 9 ตามลำดับ เฟดอร์ ฟ็อน บ็อคยังถูกสั่งปลดอย่างเป็นทางการด้วย"เหตุผลทางการแพทย์" วัลเทอร์ ฟ็อน เบราคิทช์ ผู้บัญชาการทหารสูงสุดของฮิตเลอร์ได้ถูกปลดออกจากตำแหน่งเมื่อก่อนหน้านี้ในวันที่ 19 ธันวาคม
ในขณะเดียวกัน การรุกของโซเวียตยังคงดำเนินต่อไปจากทางเหนือ การรุกครั้งนี้ได้ปลดปล่อยคาลีนินและโซเวียตได้มาถึงคลิน ในวันที่ 7 ธันวาคม ทำการบุกรุกสู่กองบัญชาการของกองทัพน้อยยานเกราะที่ 56 ด้านนอกของเมือง ในขณะที่แนวรบคาลีนินได้รุกไล่ทางตะวันตก ส่วนตอกลิ่มได้ขยายขึ้นบนบริเวณรอบคลิน ผู้บัญชาการแนวรบโซเวียต อีวาน โคเนฟ พยายามที่จะโอบล้อมกองทัพเยอรมันที่เหลืออยู่ จูคอฟได้หันเหกองกำลังเพิ่มเติมไปทางใต้ของส่วนตอกลิ่ม เพื่อช่วยเหลือโคเนฟในการดักล้อมกองทัพยานเกราะที่สาม เยอรมันได้ดึงกองกำลังของพวกเขาออกมาได้ทันเวลา แม้ว่าการโอบล้อมจะล้มเหลว แต่ก็ได้แบ่งแยกการป้องกันของเยอรมัน ความพยายามครั้งที่สองเพื่อโอบล้อมด้านข้างต่อกองกำลังทางเหนือของกองทัพกลุ่มกลาง แต่ต้องพบกัยการต้านทานที่รุนแรงใกล้กับรเจฟ และถูกบังคับให้ต้องหยุดชะงักลง ได้ก่อตัวขึ้นเป็นส่วนที่ยื่นออกมาจนถึงเดือนมีนาคม ค.ศ. 1943 ในทางใต้ การรุกก็ได้ผ่านพ้นไปด้วยดี โดยแนวรบตะวันตกเฉียงใต้ได้คลายวงล้อมที่ตูลา วันที่ 6 ธันวาคม ค.ศ. 1941 ความสำเร็จครั้งสำคัญคือการโอบล้อมและทำลายล้างกองทัพน้อยที่ 35 ของเยอรมัน ซึ่งคอยปกป้องกองกำลังปืกทางใต้ของกองทัพยานเกราะที่สองของกูเดรีอัน
ลุฟท์วัฟเฟอได้เป็นอัมพาตในช่วงครึ่งหลังของเดือนธันวาคม สภาพอากาศซึ่งถูกบันทึกอยู่ที่ –42 องศาเซลเซียส (–44 องศาฟาเรนไฮต์) เป็นบันทึกทางอุตุนิยมวิทยา ปัญหาทางด้านโลจิสติกส์และอุณหภูมิเยือกแข็งทำให้สร้างปัญหาทางเทคนิคจนถึงเดือนมกราคม ค.ศ. 1942 ในเวลาเดียวกัน ลุฟท์วัฟเฟอแทบจะหายไปจากท้องฟ้าเหนือกรุงมอสโก ในขณะที่กองทัพอากาศโซเวียต ได้ออกปฏิบัติการจากฐานที่เตรียมพร้อมที่ดีกว่าและได้รับประโยชน์จากแนวรบภายใน ซึ่งแข็งแกร่งมากขึ้น วันที่ 4 มกราคม ท้องฟ้าปลอดโปร่ง ลุฟท์วัฟเฟอได้เสริมกำลังอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ฮิตเลอร์คาดหวังว่าจะกอบกู้สถานการณ์ได้  Kampfgruppen (กลุ่มการทิ้งระเบิด) II./KG 4 และ II./KG 30 ซึ่งเกิดขึ้นมาจากการปรับปรุงใหม่ในเยอรมนี ในขณะที่ Transportgruppen (กลุ่มการขนส่ง) ทั้งสี่กลุ่ม ซึ่งมีกำลังรบของเครื่องบินขนส่งยุงเคิร์ส ยู 52 จำนวน 102 ลำซึ่งถูกนำมาใช้โดย Luftflotte 4 (กองบินที่ 4) เพื่ออพยพหน่วยกองกำลังทหารที่ถูกโอบล้อมและปรับปรุงสายส่งเสบียงสู่กองกำลังแนวหน้า มันเป็นความพยายามในนาทีสุดท้ายและได้ผล กองกำลังทางอากาศของเยอรมันได้ช่วยเหลือป้องกันไม่ให้กองทัพกลุ่มกลางต้องพินาศย่อยยับ แม้ว่าความพยายามที่ดีของโซเวียต ลุฟท์วัฟเฟอก็ยังมีส่วนสนับสนุนอย่างมหาศาลต่อความอยู่รอดของกองทัพกลุ่มกลาง ระหว่างวันที่ 17 และ 22 ธันวาคม "ลุฟท์วัฟเฟอ" ได้ทำลายยานยนต์ 299 คัน และรถถัง 23 ลำ บริเวณรอบตูลา ซึ่งเป็นการขัดขวางการติดตามไล่ล่ากองทัพเยอรมันของกองทัพแดง
ในภาคกลาง ความก้าวหน้าของโซเวียตได้ล่าช้ากว่ามาก กองทหารโซเวียตได้ปลดปล่อยนาโร-โฟมินสค์ เพียงในวันที่ 26 ธันวาคม คาลูกา วันที่ 28 ธันวาคม และมาโลยาโรสลัฟซ์ วันที่ 2 มกราคม หลังสิบวันของการสู้รบที่รุนแรง กองกำลังสำรองโซเวียตได้เหลือน้อยลงและการรุกได้หยุดชะงักลงในวันที่ 7 มกราคม ค.ศ. 1942 ภายหลังจากทำการผลักดันกองทัพเยอรมันที่กำลังอ่อนล้าและถูกแช่แข็งให้ล่าถอยกลับไปในระยะทาง 100-250 กิโลเมตร (62-155 ไมล์) จากมอสโก สตาลินยังคงออกคำสั่งให้ทำการรุกเพิ่มเติ่มเพื่อดักจับและทำลายกองทัพกลุ่มกลางในแนวรบของมอสโก แต่กองทัพแดงเองก็กำลังอ่อนล้าและเกินกำลังและพวกเขาล้มเหลว