苏第20和第16集团军的进攻更是顺利。从12月8日开始，德军被迫转入防御，此时，德军官中瀰漫着越来越浓厚的悲观情绪。德国陆军参谋长哈尔德从前线得来的都不是好消息。德第4坦克集群参谋长勃鲁门特里打来电话，报告前方进攻失利的情况。哈尔德跟他私交不错，小声问勃鲁门特里特：”你总的感觉怎么样？我们真的要重演拿破崙的悲剧吗？”
电话的那方沉寂了一会儿，说：“一切都成泡影。。。。。。。”
哈尔德心事重得地来到陆军总司令冯。布劳希奇的办公室，看见布劳希奇坐在沙发里，一只手支着头，似乎在打瞌睡。布劳希奇见来人是哈尔德，示意他坐下。布劳希奇听了哈尔德的报告，说：“现在除了转入防御之外，看不到有什么使德军摆脱绝境的办法了。”
冯。布劳希奇很吃力地从沙发上站起来，慢慢从写字檯上拿起一张纸，递给哈尔德，说：“最近我的心脏病一再复发，体力明显不支，看来无法完成元首交给德国陆军的那些伟大而艰巨的任务。我已决定向元首递交辞呈。。。。。。”
希特勒尽管一直对冯。布劳希奇缺乏好感，但见到他要求辞职的报告信，顿时怒不可遏。他一拳砸在桌子上，开始对着冯。布劳希奇发作：“愚蠢！愚蠢透顶！我们好不容易离莫斯科只有一步之遥了，这层薄纱只要指头一戳就要破了，为什么要停下！为什么要转入防御？博克、古德里安、赫普纳脑子里塞满了稻草，难道你也是个木头吗？几个月的战争，我们损失很小，而苏联人却是我们的10倍！凭什么说我们已经丧失了优势？不对优势还在我们这边，还在我手里！不许撤退，后退一步都不行！”
希特勒决定解除陆军总司令冯。布劳希奇元帅等高级将领的职务，自任陆军总司令，命令东线德军坚守待援。但是，德军仍然挡不住苏军的脚步。
从12月7日起，苏军反攻速度不断加快，前3天，推进了30公里至50公里，而且攻势一浪高过一浪，战果也越来越大。
12月8日，苏第16集团军解放了克留科沃后，开始向伊斯特拉水库发起进攻。
另外，苏联戈沃罗夫将军指挥的第5集团军也积极向前推进，从而有力地保证了第16集团军的进攻。12月9日，苏第20集团军粉碎了德军的顽强抵抗，将德军驱逐出了索尔涅奇诺戈尔斯克。
苏联的航空兵也来参战，且大大超过了德中央集团军群的飞机数量。到了12月13日，德军在克林和索尔涅奇诺戈尔斯克地区的抵抗被粉碎了，丢下了大量的大炮和车辆，仓皇后退。一路上，撤退的德军遭到苏军飞机的轰炸，损失惨重。
此后的几天里，苏军将德军赶出了苏里宁、克林和耶列茨。苏军部队在对德军的大规模进攻中，缴获了许多武器和车辆。
苏联宣布，德军包围莫斯科的企图已经失败。苏联报纸刊登了赢得了莫斯科会战胜利的红军将领们的照片，分别是朱可夫、列柳申科、库兹涅佐夫、罗科索夫斯基、戈沃罗夫、鲍尔金、戈利科夫、别洛夫和弗拉索夫。
其中，朱可夫的一张大照片位于中央，周围是其他将领的较小照片。
在莫斯科城下的激战中，德军的损失是毁灭性的，德军损失官兵15.5万人，坦克777辆。希特勒向莫斯科发动的“颱风”攻势遭到失败。
在莫斯科战役胜利的鼓舞下，最高统帅史达林决定乘胜追击，发动全线反攻。史达林说：“德军由于在莫斯科附近的失败而惊慌失措，而且他们过冬的准备很差，现在正是我们转入进攻的最好时机。”
史达林的意图是：以西方下面为主攻方向，消灭德国中央集团军的主力，夺回斯摩棱斯克；在北方，消灭列宁格勒附近的敌人，解除敌人对列宁格勒的包围。
1942年初，苏军最高统帅部决定利用德军失去进攻势头的有利时机，在西方、西北和西南战略方向发起总攻，并以西方下面为主攻方向，向德军及其僕从军发动了全线进攻。
正如史达林所说的：“红军在因德帝国主义背信弃义的进攻而暂时退却以后，夺得了战争进程中的转折，由积极防御转入了有效进攻……由于红军的胜利，卫国战争进入了一个新的时期。”
苏军总攻乎先以加里宁方面军实施的瑟乔夫卡—维亚济马战役开始，这一战役也是勒热大一维亚济马进攻战役的一部分。
苏军进攻的当天，加里宁方面军的第39集团军就在勒热夫以西突破了德军防线，到了1月5日，挺进80公里至90公里，前出至行军第9集团军勒热夫集团的后方。
6日清晨，加里宁方面军的第22、第29集团军在奥列尼诺包围了德军约7个师。苏联骑兵第11军从下面维亚济马，切断了维亚济马—斯摩棱斯克公路。
1月10日，西方面军以9个集团军和2个骑兵军实施的勒热夫一维亚济马进攻战役开始了。
1月15日，西方面军的右翼第1突击集团军第20和第16集团军在突破德军沃洛科拉姆斯克防线后，切断了莫斯科—勒热天铁路。
1月18日，西方面军中线部队第5、第33集团军收复了莫扎伊斯克：苏第43集团军则向尤赫诺夫方向进攻。西方面军左翼的第49、第50集团军和近卫第1军、第10集团军从北面和南面包抄了由德军9集团军约9个师组成的尤赫诺夫集团。