Контрнаступление Красной Армии в ходе битвы за Москву, началось 5 декабря 1941 года. Оно развернулось по всему фронту, были проведены ряд успешных фронтовых наступательных операций, противник был отброшен на 150-300 километров от столицы. В ходе операции была определена его дальнейшая цель: нанести поражение всей группе армий «Центр».

К началу декабря наступающие на Москву силы вермахта были окончательно исчерпаны. Одиночные попытки продвинуться на том или ином направлении успеха не имели. Инициатива действий стала переходить на сторону советских войск. К этому времени советское командование сосредоточило за линией фронта стратегические резервы, включавшие в том числе сибирские и дальневосточные дивизии.

В начале декабря 1941 года советские войска под Москвой насчитывали 1,1 миллиона человек, 7 650 орудий и минометов, 774 танка и одну тысячу самолетов. В противостоявшей им группе армий «Центр» было свыше 1,7 миллиона человек, около 13,5 тысяч орудий и минометов, 1 170 танков, 615 самолетов. Советское командование, готовя контрнаступление, стремилось сделать все возможное, чтобы скрыть от противника свои намерения. Однако полностью утаить столь крупномасштабную перегруппировку войск не удалось.

В донесениях, получаемых германской стороной от агентурной, воздушной и других видов разведки, отмечалось выдвижение крупных сил русских к северу и югу от Москвы. Адекватных оценок со стороны германского командования эти сообщения не получили. Командующий группой армий «Центр» генерал-фельдмаршал Федор фон Бок 4 декабря на одно из подобных донесений разведки отреагировал так: «Боевые возможности противника не столь велики, чтобы он мог этими силами начать в настоящее время большое контрнаступление».

Но вопреки всем прогнозам фельдмаршала фон Бока, на рассвете 5 декабря началось контрнаступление советских войск под Москвой. Замысел советского командования заключался в одновременном разгроме наиболее опасных ударных группировок войск группы армий «Центр», угрожавших Москве с севера и юга. Уже в ходе развернувшегося контрнаступления Ставка определила его дальнейшую цель: нанести поражение всей группе армий «Центр».

Калининский фронт под командованием генерал-полковника Ивана Конева перешел в наступление 5 декабря, 6 декабря - Западный фронт генерала армии Георгия Жукова, и правое крыло Юго-Западного фронта маршала Советского Союза Семена Тимошенко. Также в операции участвовал вновь созданный Брянский фронт Якова Черевиченко.

Несмотря на тяжелые условия - отсутствие превосходства в силах, сильные морозы, глубокий снежный покров, контрнаступление развивалось успешно. Гитлер 8 декабря подписал директиву о переходе к обороне на всем советско-германском фронте. Группа армий «Центр» получила задачу любой ценой удерживать районы, имевшие важное значение.

В ходе советского контрнаступления под Москвой были проведены несколько частных операций на различных направлениях, в ходе которых противник был выбит с занимаемых позиций. Советские войска 9 декабря освободили Рогачево, Венев, Елец, 11 декабря - Сталиногорск, 12 декабря - Солнечногорск, Ефремов, 16 декабря - Калинин. Учитывая благоприятную обстановку, Ставка потребовала от командующих фронтами расширить фронт наступления и вести безостановочное преследование.

Немецкие войска ожесточенно сопротивлялись, повинуясь приказу Гитлера, предписывавшему удерживать позиции до последнего солдата, однако выполнить его не удалось. За отступление из-под Москвы 19 декабря был смещен генерал-фельдмаршал фон Браухич, командующий сухопутными войсками. Эту должность занял лично Гитлер. В тот же день был снят с поста командующий группой армий «Центр» генерал-фельдмаршал фон Бок, которого сменил генерал-фельдмаршал фон Клюге.

Во второй половине декабря развивалось наступление советских войск правого крыла Западного фронта, 19 декабря они вышли на рубеж рек Лама и Руза. Левое крыло Западного фронта и Брянский фронт 25 декабря на широком фронте вышли к реке Оке. Козельск был освобожден 28 декабря, 30 декабря после многодневных боев - Калуга, в начале января - Мещовск и Мосальск.
Армии центра Западного фронта 26 декабря освободили Наро-Фоминск, 2 января 1942 года - Малоярославец, 4 января - Боровск.

К 7 января 1942 года советские войска нанесли поражение соединениям группы армий «Центр», прорвавшимся на ближние подступы к Москве с севера и юга, и успешно выполнили поставленную задачу. Фланговые ударные группировки врага были отброшены от столицы на 100-250 километров, разбиты 38 немецких дивизий, освобождено свыше 11 тысяч населенных пунктов.

Потери немецких войск составили 103 600 человек. Значительные потери понесли советские войска - 380 000 человек. По другим источникам, безвозвратные потери советских войск составили 139 586 человек, санитарные - 231 369 человек.

Стратегическое наступление, развернувшееся на огромном пространстве, велось по отдельным операционным направлениям, в результате чего советские войска глубоко вклинились в немецкую оборону на стыке групп армий «Север» и «Центр», нарушив оперативное взаимодействие между ними. Однако отсутствие достаточного опыта в ведении наступательных действий большого масштаба, танковых соединений и общий недостаток сил и средств не позволили окружить и уничтожить основные силы группы армий «Центр».

Несмотря на незавершенность, общее наступление на западном направлении достигло значительных успехов. В результате контрнаступления под Москвой и последующего общего наступления советских войск враг был отброшен на запад на 150-400 километров, освобождены Московская и Тульская области. Германия потерпела первое крупное поражение.