此時的戰局對德國非常有利，希特勒就只剩下一個莫斯科和列寧格勒沒有到手了，本來他認為蘇軍沒什麼了不起的，只要他的裝甲部隊再稍向前走幾步，克里姆林宮就會掛起『萬』字旗，斯大林就會向他低頭。但越逼近莫斯科，蘇軍抵抗越激烈。慢慢地，在希特勒的心頭上開始蒙上一層陰影，很快，他就意識到『斯大林是他真正的對手』。
希特勒隱隱感到，德軍後勤供應線大大拉長，德軍長時間作戰，十分疲勞，這一切都必須及時解決。然而此時，俄羅斯的酷寒降臨，莫斯科被冰雪覆蓋。希特勒原以為莫斯科指日可待，根本就沒有作好在酷寒條件下作戰的準備，因此德軍逐步陷入進退不得的困境中。
歷史總會有某種驚人的相似之處：1812年，法國拿破侖統帥著浩浩蕩蕩的法蘭西大軍橫掃歐洲，但在莫斯科城下卻大敗而歸。據說，那是上帝拯救了俄羅斯，就在拿破侖勝利在望時，嚴寒突然降臨。
而在1941年的莫斯科的第一場雪是在1941年10月6日深夜落下的，那一晚，莫斯科忽然烏雲四合，狂風怒號。沒到午夜，天空中便紛紛揚揚地下起鵝毛大雪。
莫斯科這場初雪比平常年份提前了一個月。天氣的突然變冷對大雪中的德軍來說，真是『雪上加霜』。10月15日，第一次寒潮襲來，氣溫一下子降下零度以下，而且還在迅速下降。11月27日，一場突如其來的凜冽寒風，在不到兩個小時的時間裡，使莫斯科的氣溫驟降至零下40度。
大雪覆蓋了莫斯科周圍綿延上千公里的河流、山谷、村鎮以及橋樑、道路，也覆蓋了希特勒軍隊的營帳、野戰機場、坦克、大炮和車輛。寒冷的天氣使得大炮上的瞄準鏡失去了作用；德**隊的飛機油箱被凍裂；坦克因燃油冰結，必須在底盤下燒火烘烤，才能發動；坦克及隨行車輛行進時必須裝上防滑鏈，否則無法控制，隨時會打滑橫行，翻落溝底；步兵的步槍、機槍等自動武器也因槍油冰結而無法使用。
德軍官兵的境遇比武器還要糟糕，由於冰雪封凍，傷員運不走，補給運不來，而且很多德國士兵還穿著夏天單薄的制服，在寒風中瑟瑟發抖，很多士兵被凍成殘廢，也有很多士兵染上了寒顫不止、全身無力的瘧疾。
德軍每個團隊僅凍傷的傷兵，少則數百，多則上千，戰鬥力因而銳減。由於嚴重的戰鬥減員和凍傷減員，德軍兵力在一天天減少。抱怨、沮喪的情緒開始充斥德軍，許多人談起1812年拿破侖的失敗和俄國的塔魯季諾的紀念碑，無可奈何地歎息道：「上帝為什麼總是偏袒俄羅斯呢？」
相反，蘇軍新的裝備隊卻在不斷地開赴前線，無論是在數量上，是在氣勢上都勝德軍一籌。嚴寒同樣給蘇聯軍民帶來了巨大的困難，他們雖然不得不在寒冷徹骨的天氣裡挖防坦克壕、設置障礙物等。但是，蘇軍本來就是在嚴寒中長大的，況且穿得暖暖的，足以御寒；蘇軍供給和適應力要比德軍強得多；蘇軍的機槍都披著槍套，以防止凍壞；武器上塗有冬季潤滑油，使用起來非常靈活……
這時，以斯大林為首的國防委員會作出了在莫斯科近郊殲滅德軍的決定，轉入反攻，給敵人以殲滅性打擊。
「11月6日至7日，地面開始上凍，雖然車輛行駛速度明顯提升了，但是我們裝甲兵也被零下15∼20攝氏度的嚴寒凍掉了半條命。接著燃料和彈藥也開始凍結失效。」斯威特在他的日記裡記道。
203號車的乘員給坦克刷上了白色石灰水，開往師部集合。現在全師只剩下60∼70輛能動的坦克，不到滿員的一半。而且大部分是iii號和捷克38（t），iv號坦克真是少之又少。
蘇聯的『喀秋莎』象犁地的鋤刀一般把道路翻來翻去，但第2中隊不顧一切的前進著。炮手聰明地多領了榴彈，這樣在遇到暗堡時還可以替工兵弟兄們分憂。
11月底，第2中隊的指揮旗飄揚在莫斯科郊區有軌電車道上，斯威特和他的戰友們已經可以從車長的破望遠鏡裡看到克里姆林宮的蘑菇頭了。
「我們的努力沒有白費！」斯威特轉過頭去和駕駛員打趣：「要不要在莫斯科紅場上試試車？」
他在說話的時候卻忘記了關上無線電台的通話器！潛伏的俄軍坦克通過同一波段鎖定了203號的位置。
一發76.2毫米bp－250r穿甲彈準確地從駕駛員觀察窗打了進來，斯威特敏捷地撞開車側逃生口。他剛爬到雪地上打了一個滾，203號車已經在巨響中化為烏有。
「1941年12月7日，我－—等兵斯威特，203號車的唯一倖存者，現在正和步兵一同後撤。我軍的陣地現在已是黃褐色的海洋—我們離莫斯科只有25公里，只有25公里！我多想再看一眼這偉大的城市—我們的神話破滅了，一切都失去了—也許我們選錯了戰場，莫斯科不相信眼淚！」
1941年12月4日，蘇軍第16集團軍在紅波利亞納地區發起反擊。紅波利亞納鎮幾次易手，蘇軍與德軍在鎮外展開了坦克戰，鎮內則進行著巷戰。戰鬥異常激烈，整整持續了一天，天黑時，蘇軍終於把德軍逐出了紅波利亞納。莫斯科周圍地區的戰鬥也都呈現出這種白熱化狀態。蘇德雙方都知道，這是最後關頭，誰能堅持到最後，誰就能取得勝利。
12月5日，德軍則稱之為『最黑暗悲慘的一天』，對蘇軍來說是整個莫斯科保衛戰中最關鍵的一天。這天，德軍在環繞莫斯科周圍320多公里的半圓形陣地上，全線被蘇軍制止住了。不僅如此，所向無敵的古德裡安裝甲部隊第一次被迫後撤，不得不在冰天雪地上組織起防線。
然而，德國中央集團軍群想做什麼都來不及了，蘇軍的反攻開始了。12月5至6日，蘇軍利用德軍預備隊消耗殆盡、失去進攻勢頭的利時機，出其不意地在加裡寧至葉列茨一線開始了全線反攻，實施了加裡寧、克林一索爾涅奇諾戈爾斯克、圖拉、葉列茨和卡盧加戰役，並在羅斯托夫和季赫溫方向展開了積極的配合行動。
12月6日凌晨，希特勒做夢也沒想到，由朱可夫指揮的蘇聯西方方面軍，在其他方面軍的協同下，以100個師的兵力向德軍發起了全線大反攻。這條戰線長達1000多公里，從莫斯科前沿，北起加裡寧，南至地葉列茨。
瞬時間，信號彈騰空升起，大炮的轟隆聲衝破了漫天大霧和清晨的沉寂。『喀秋莎』火箭炮炮彈劃出一道道火光，衝向德軍陣地。反攻的蘇軍將士們無不興奮異常，失敗的恥辱、退卻的痛苦、對入侵者的仇恨，在此時此刻都轉化為一種巨大的力量，推動著他們對疲憊不堪的德軍發起最猛烈的攻擊。他們都懷著這樣一個心願：「你該出口氣了，讓德國法西斯看看去地獄的路，也讓他們嘗嘗背後挨槍子的滋味！」
12月8日下午，克留科沃及其鄰近的幾個居民點被蘇軍解放。向西逃竄的德軍丟下了54輛坦克，120輛汽車及很多武器、彈藥和軍用器材，還丟下了兩門300毫米火炮。顯然，這是德軍準備用它來轟擊莫斯科的武器。
克留科沃大街上，擠滿了歡迎的群眾。許多婦女、小孩和老人頂風冒雪佇立在街頭。他們衣衫襤褸，飢餓，面容憔悴，飽受了戰爭的痛苦，但是現在看得出來，他們這時是多麼高興。
「紅軍萬歲！紅軍萬歲！」把德國侵略者打回老家去！「的口號響徹大街小巷。
隨著戰鬥的進展，士氣高昂的蘇軍逐漸掌握了主動權。反攻的第一天，科涅夫率領的加裡寧方面軍已經突破了德軍的防禦陣地，越過冰凍的伏爾加河，向精疲力盡的德軍後方大約20公里的圖爾吉諾沃進攻。
蘇聯第29、第31集團軍在反攻當天渡過了伏爾加河，擊潰了德軍在德米特羅大西北的抵抗，衝向克林地區，威脅著德第3、第4坦克集群的後方。
庫茲涅佐夫率領蘇第1突擊集團軍在德米特羅夫以南進攻，越過了莫斯科和加裡寧鐵路。
蘇第20和第16集團軍的進攻更是順利。從12月8日開始，德軍被迫轉入防禦，此時，德軍官中瀰漫著越來越濃厚的悲觀情緒。德國陸軍參謀長哈爾德從前線得來的都不是好消息。德第4坦克集群參謀長勃魯門特裡打來電話，報告前方進攻失利的情況。哈爾德跟他私交不錯，小聲問勃魯門特裡特：」你總的感覺怎麼樣？我們真的要重演拿破侖的悲劇嗎？」
電話的那方沉寂了一會兒，說：「一切都成泡影……」
哈爾德心事重得地來到陸軍總司令馮。布勞希奇的辦公室，看見布勞希奇坐在沙發裡，一隻手支著頭，似乎在打瞌睡。布勞希奇見來人是哈爾德，示意他坐下。布勞希奇聽了哈爾德的報告，說：「現在除了轉入防禦之外，看不到有什麼使德軍擺脫絕境的辦法了。」
馮。布勞希奇很吃力地從沙發上站起來，慢慢從寫字檯上拿起一張紙，遞給哈爾德，說：「最近我的心臟病一再復發，體力明顯不支，看來無法完成元首交給德國陸軍的那些偉大而艱巨的任務。我已決定向元首遞交辭呈……」
希特勒儘管一直對馮。布勞希奇缺乏好感，但見到他要求辭職的報告信，頓時怒不可遏。他一拳砸在桌子上，開始對著馮。布勞希奇發作：「愚蠢！愚蠢透頂！我們好不容易離莫斯科只有一步之遙了，這層薄紗只要指頭一戳就要破了，為什麼要停下！為什麼要轉入防禦？博克、古德裡安、赫普納腦子裡塞滿了稻草，難道你也是個木頭嗎？幾個月的戰爭，我們損失很小，而蘇聯人卻是我們的10倍！憑什麼說我們已經喪失了優勢？不對優勢還在我們這邊，還在我手裡！不許撤退，後退一步都不行！」
希特勒決定解除陸軍總司令馮。布勞希奇元帥等高級將領的職務，自任陸軍總司令，命令東線德軍堅守待援。但是，德軍仍然擋不住蘇軍的腳步。
從12月7日起，蘇軍反攻速度不斷加快，前3天，推進了30公里至50公里，而且攻勢一浪高過一浪，戰果也越來越大。
12月8日，蘇第16集團軍解放了克留科沃後，開始向伊斯特拉水庫發起進攻。
另外，蘇聯戈沃羅夫將軍指揮的第5集團軍也積極向前推進，從而有力地保證了第16集團軍的進攻。12月9日，蘇第20集團軍粉碎了德軍的頑強抵抗，將德軍驅逐出了索爾涅奇諾戈爾斯克。
蘇聯的航空兵也來參戰，且大大超過了德中央集團軍群的飛機數量。到了12月13日，德軍在克林和索爾涅奇諾戈爾斯克地區的抵抗被粉碎了，丟下了大量的大炮和車輛，倉皇後退。一路上，撤退的德軍遭到蘇軍飛機的轟炸，損失慘重。
此後的幾天裡，蘇軍將德軍趕出了蘇裡寧、克林和耶列茨。蘇軍部隊在對德軍的大規模進攻中，繳獲了許多武器和車輛。
蘇聯宣佈，德軍包圍莫斯科的企圖已經失敗。蘇聯報紙刊登了贏得了莫斯科會戰勝利的紅軍將領們的照片，分別是朱可夫、列柳申科、庫茲涅佐夫、羅科索夫斯基、戈沃羅夫、鮑爾金、戈利科夫、別洛夫和弗拉索夫。
其中，朱可夫的一張大照片位於中央，周圍是其他將領的較小照片。
在莫斯科城下的激戰中，德軍的損失是毀滅性的，德軍損失官兵15.5萬人，坦克777輛。希特勒向莫斯科發動的「颱風」攻勢遭到失敗。
在莫斯科戰役勝利的鼓舞下，最高統帥斯大林決定乘勝追擊，發動全線反攻。斯大林說：「德軍由於在莫斯科附近的失敗而驚慌失措，而且他們過冬的準備很差，現在正是我們轉入進攻的最好時機。」
斯大林的意圖是：以西方下面為主攻方向，消滅德國中央集團軍的主力，奪回斯摩稜斯克；在北方，消滅列寧格勒附近的敵人，解除敵人對列寧格勒的包圍。
1942年初，蘇軍最高統帥部決定利用德軍失去進攻勢頭的有利時機，在西方、西北和西南戰略方向發起總攻，並以西方下面為主攻方向，向德軍及其僕從軍發動了全線進攻。
正如斯大林所說的：「紅軍在因德帝國主義背信棄義的進攻而暫時退卻以後，奪得了戰爭進程中的轉折，由積極防禦轉入了有效進攻……由於紅軍的勝利，衛國戰爭進入了一個新的時期。」
蘇軍總攻乎先以加裡寧方面軍實施的瑟喬夫卡—維亞濟馬戰役開始，這一戰役也是勒熱大一維亞濟馬進攻戰役的一部分。
蘇軍進攻的當天，加裡寧方面軍的第39集團軍就在勒熱夫以西突破了德軍防線，到了1月5日，挺進80公里至90公里，前出至行軍第9集團軍勒熱夫集團的後方。
6日清晨，加裡寧方面軍的第22、第29集團軍在奧列尼諾包圍了德軍約7個師。蘇聯騎兵第11軍從下面維亞濟馬，切斷了維亞濟馬—斯摩稜斯克公路。
1月10日，西方面軍以9個集團軍和2個騎兵軍實施的勒熱夫一維亞濟馬進攻戰役開始了。
1月15日，西方面軍的右翼第1突擊集團軍第20和第16集團軍在突破德軍沃洛科拉姆斯克防線後，切斷了莫斯科—勒熱天鐵路。
1月18日，西方面軍中線部隊第5、第33集團軍收復了莫扎伊斯克：蘇第43集團軍則向尤赫諾夫方向進攻。西方面軍左翼的第49、第50集團軍和近衛第1軍、第10集團軍從北面和南面包抄了由德軍9集團軍約9個師組成的尤赫諾夫集團。
這樣一來，蘇第33集團軍和近衛騎兵第1軍得以分別在尤赫諾夫以北及以南突入德軍後方，向維亞茲馬展開攻擊。為了配合正面部隊圍殲維亞濟馬的德軍，蘇軍從1月中旬至2月中旬先後在維亞茲馬東南地區空降了1萬多人。
接著，蘇軍又向西推進了100公里至350公里，收復了莫斯科州、加裡寧州、圖拉州等莫斯科以西大部地區。至此，希特勒佔領莫斯科的企圖完全化成了泡影。