A villámháború csődöt mondott
Még folytak a súlyos védelmi harcok Moszkva alatt, de az idő már változást érlelt. Öthónapi védelmi harc, és visszavonulás után a Vörös Hadsereg - most első ízben - nagyarányú ellentámadásra készült. 1941. december első napjaira befejezték a szükséges tartalékok rejtett összpontosítását. A szovjet légierő a főváros körzetében kivívta a légi uralmat.
A szovjet csapatok Zsukov vezetésével Moszkvától északra, Dmitrov térségéből és Krasznaja-Poljana környékén koncentrikus támadást intéztek a kimerült 4. hadsereg ellen. Erich Hoepner vezérezredes - akinek csapatai legközelebb jutottak Moszkvához - azt javasolta elöljárójának, Hans von Kluge tábornagynak, a 4. hadsereg parancsnokának, hogy a 3. és 4. páncéloscsoportok a frontvonal kiegyenesítése érdekében vonuljanak vissza az általuk létrehozott 50 kilométer mély kiszögellésből. Von Kluge nemcsak katonai tehetségével érdemelte ki a "der kluge Hans" (vagyis "okos Hans") becenevet, hanem politikai érzékével is, de nevezhetjük nyugodtan szervilizmusnak is, amellyel Hitler iránt viseltetett.
Szóban engedélyezte Hoepnernek, hogy "harcolva vonuljon vissza". De mivel közben megérkezett Hitler "kitartani és harcolni mindenáron" - vagyis mindenféle visszavonulást megtiltó parancsa, Kluge közölte a vezérezredessel, hogy Hitler parancsa értelmében azonnal állítsa le a visszavonulást. Hoepner kurtán közölte, már nem tudja leállítani, mert végrehajtotta. Kluge ekkor ellentámadásra adott parancsot, amit a vezérezredes - hivatkozva csapatai állapotára - lehetetlennek tartott.
Eközben a Vörös Hadsereg támadása rendületlenül folyt tovább, és a 4. hadsereget súlyos veszteségek mellett, valamint sok mozgásképtelenné tett hadianyag árán december 20-ig a Rusa és a Lama mögé vetették vissza. A Moszkvától délre messze előnyomuló 2. páncéloscsoport éke ellen a szovjetek három oldalról átkaroló támadást indítottak. Miután a Mihajlovnál és Venyevnél kiszögellő arcvonalat Guderian időben visszavonta a Felső-Don és a Sat mögé, a Jefremov-Alekszin vonalban a 2. páncéloscsoportnak sikerült súlyos harcok árán az orosz bekerítést és megsemmisítést meghiúsítania.
A szovjet ellentámadás sikere miatt Hitler leváltotta a Közép hadseregcsoport parancsnokát, Bock vezértábornagyot és több tábornokot, majd 19-én Brauchitschtól átvette a szárazföldi erők főparancsnokságát, miközben a német visszavonulás tovább tartott. December végére a szovjet támadás jelentősen kiszélesedett, újabb frontok léptek harcba, és az ellentámadás általános támadássá fejlődött. 1942 április elejéig a németeket egyes helyeken 400 km-rel vetették vissza.
A német hadsereg elszenvedte első vereségét. Halder tábornok naplójában a német hadsereg veszteségét 1941. június 22-től 1942. március 31-ig 1 107 830 főben állapította meg. Az 1941/42 tele szovjet ellentámadás egyszer s mindenkorra megmentette Moszkvát, de nem érte el a remélt eredményeket, és a magára talált Wehrmacht szívós ellenállása következtében 1942 tavaszára kifulladt.
