苏联反击
1941年11月29日，朱可夫致电斯大林下达反击命令，当晚，斯大林下达反突击的命令。但这没有引起德国的注意。
1941年12月4日，德国中央集团军群根据所获情报得出结论：苏联没有能力发起一场大规模的反击行动。
到了1941年12月5日，加里宁方面军的第30集团军首先转入反攻，此时德军进攻能力显然已经衰竭。德军装甲集群侧翼遭到强烈打击，进攻的苏联红军迫使他们向克林方向撤退。
1941年12月6日，西方面军在南北两个方向上对德军发动反击，德军部队在气候和苏军的双重夹击下，被从莫斯科附近击退。
1941年12月6日晚上，在图拉的古德里安部决定退回原来的防线。
希特勒签署了在苏德战场全线包括莫斯科方向转入防御的训令。
12月9日，苏联红军解放了罗加切沃，11日解放了伊斯特拉，12日解放了索尔涅奇诺戈尔斯克，15日解放了克林，16日解放了加里宁，20日解放了沃洛科拉姆斯克。
12月19日，希特勒免去了陆军总司令勃劳希契的职务，自己亲自兼任陆军总司令。他发布命令说：“每一个人应站在其现在位置上打回去。当后方没有既设阵地时，绝对不许后退”。虽然德军将领都一再要求撤退，而且古德里安和赫普纳都因擅自撤退而被免职，可是希特勒却认为万万不可以退却，否则就会重蹈拿破仑的覆辙。虽然是由于他的固执，才会使这个战役走到了惨败的边缘，可是也因为他的固执，才使他不曾跳入这个深渊。毫无疑问的，因为他不肯撤出苏联或是斯摩棱斯克以东的地区，才使他的大军避免了一个比1812年还更可怕的浩劫。
希特勒的计划与拿破仑不同，不是全线撤退而是向后方运动，将原前进的补给线都变成了抵抗据点，到12月底，在莫斯科西南方向，苏联红军收复了卡卢加。在西北方向，加里宁也被苏联红军收复。东南方向，苏联红军解除了德军对图拉的包围。莫斯科会战结束，苏联红军取得了苏德战争爆发以来的第一次大胜利。德军损失人员50余万、坦克1300余辆、火炮2500门、15000辆汽车和大量其他装备。德军不得不改“闪击战”为持久战。
1942年1月7日苏联红军重夺了莫斯科以北的加里宁。1月初，西部战略方向的反攻乃告完成。精疲力竭的德军已经撤退到100至250公里外。德军38个师，内15个坦克师和摩托化师遭重创。进攻莫斯科的突击集团被击溃，使德军惊慌失措，希特勒要求死守每一个居民地，一步也不后退，直到最后一兵一卒。
由于缺乏实施大规模进攻行动的经验以及缺少快速兵团，苏联红军因而未能全部完成所赋予的围歼“中央”集团军群基本兵力的任务，2月初，来自西欧的德军增援部队（12个师又2个旅）和中央集团军群北翼部队，分别实施反突击，苏联红军的态势恶化。苏联红军最高统帅部命令西方向部队转入防御、撤回外线作战部队，会战至此结束。
1942年4月，进攻莫斯科的德军伤亡人数达50万人，被苏联红军赶到了距离莫斯科100乃至350公里以外的地带。而苏联付出了伤亡和被俘70多万人的惨重代价，却取得了莫斯科保卫战的最后胜利。
在反击战中，由于莫斯科的一些大型工厂的撤离，使得苏联红军在反击中出现了弹药不足的情况，使得苏联红军的反击被迫中止，不然也许会歼灭更多德军。
战役结果
苏联红军以巨大人员损失先后解放了罗加切沃、别廖夫等一系列地区与城市。
德军的失败使德军士气低落，在冬季战局中，35名高级将领，陆军总司令布劳希奇元帅被停职、博克元帅被取消中央集团军总司令的头衔，由克鲁格取代，霍普纳被开除军籍，剥夺身穿军装和领取养老金的权利，古德里安上将被停职，直到1943年2月重返部队，施特劳斯上将等被撤职或停职。
德军在莫斯科会战中损失兵力30多万，投降1万，丢失坦克300辆，火炮200门，汽车200辆以及其他技术装备。
此后展开了勒热夫—瑟乔夫卡战役。
