人，損失坦克約800輛、火炮300門、飛機近1500架。
這時，蘇軍轉入反攻并粉碎莫斯科城下德軍的條件已經具備。
斯大林任命華西列夫斯基中将代理總參謀長，并命令他立即拟定反攻作戰計劃。
蘇軍反攻的指導思想是：同時粉碎德軍中央集團軍群和從北面、南面威脅莫斯科的最危險的突擊集團。
反攻的基本任務賦予了西方面軍。
加裡甯方面軍和西南方面軍分别在其北面和南面實施突擊。
1941年12月5日，朱可夫帶領蘇軍發動大規模反擊，最主要的攻勢集中向德軍中央集團軍群。
12月6日，蘇軍攻勢在莫斯科地區全面展開。
此時德軍進攻能力已經衰竭。
在秋季，朱可夫從西伯利亞和遠東地區，調回了一些裝備精良的部隊到莫斯科，一直留待反擊之用。
這次，斯大林相信了蘇聯間諜佐爾格的情報：日本不會攻擊蘇聯遠東地區。
此時德軍已經非常接近莫斯科中心，朱可夫投入大量援軍以對抗德軍的攻勢。
蘇軍部隊已經為冬季戰事做好了準備，包括多個滑雪營。
12月8日，希特勒簽署了在蘇德戰場全線，包括莫斯科方向轉入防禦的訓令。
12月16日，蘇軍收複了圖拉。
1942年1月7日奪回了莫斯科以北的加裡甯。
1月初，西部戰略方向的反攻完成。
精疲力竭的德軍撤退到100～250公裡外。
德軍的38個師，有15個坦克師和摩托化師遭重創。
進攻莫斯科的突擊集團被擊潰，德軍驚慌失措，希特勒要求死守每一個據點，一步也不後退，直到最後一兵一卒。
由于蘇軍缺乏實施大規模進攻的經驗，以及缺少快速兵團，因而未能全部完成圍殲中央集團軍群基本兵力的任務。
2月初，來自西歐的德軍增援部隊（12個師又2個旅）和中央集團軍群北翼部隊，分别實施了反突擊，蘇軍的态勢惡化。
4月20日，蘇軍最高統帥部命令西方面軍部隊轉入防禦、撤回外線作戰部隊，會戰至此結束。
莫斯科保衛戰，使納粹德國企圖快速征服蘇聯的計劃破産，打破了德國陸軍不可戰勝的神話，使其遭到了無法彌補的物質損失。
接下來，蘇德這兩頭令人恐怖的猛獸，互相瞪着眼睛，揮着爪子，張着血盆大口，開始了3年多的拉鋸對峙。