此时的战局对德国非常有利，希特勒就只剩下一个莫斯科和列宁格勒没有到手了，本来他认为苏军没什么了不起的，只要他的装甲部队再稍向前走几步，克里姆林宫就会挂起‘万’字旗，斯大林就会向他低头。但越逼近莫斯科，苏军抵抗越激烈。慢慢地，在希特勒的心头上开始蒙上一层阴影，很快，他就意识到‘斯大林是他真正的对手’。
希特勒隐隐感到，德军后勤供应线大大拉长，德军长时间作战，十分疲劳，这一切都必须及时解决。然而此时，俄罗斯的酷寒降临，莫斯科被冰雪覆盖。希特勒原以为莫斯科指日可待，根本就没有作好在酷寒条件下作战的准备，因此德军逐步陷入进退不得的困境中。
历史总会有某种惊人的相似之处：1812年，法国拿破仑统帅着浩浩荡荡的法兰西大军横扫欧洲，但在莫斯科城下却大败而归。据说，那是上帝拯救了俄罗斯，就在拿破仑胜利在望时，严寒突然降临。
而在1941年的莫斯科的第一场雪是在1941年10月6日深夜落下的，那一晚，莫斯科忽然乌云四合，狂风怒号。没到午夜，天空中便纷纷扬扬地下起鹅毛大雪。
莫斯科这场初雪比平常年份提前了一个月。天气的突然变冷对大雪中的德军来说，真是‘雪上加霜’。10月15日，第一次寒潮袭来，气温一下子降下零度以下，而且还在迅速下降。11月27日，一场突如其来的凛冽寒风，在不到两个小时的时间里，使莫斯科的气温骤降至零下40度。
大雪覆盖了莫斯科周围绵延上千公里的河流、山谷、村镇以及桥梁、道路，也覆盖了希特勒军队的营帐、野战机场、坦克、大炮和车辆。寒冷的天气使得大炮上的瞄准镜失去了作用；德**队的飞机油箱被冻裂；坦克因燃油冰结，必须在底盘下烧火烘烤，才能发动；坦克及随行车辆行进时必须装上防滑链，否则无法控制，随时会打滑横行，翻落沟底；步兵的步枪、机枪等自动武器也因枪油冰结而无法使用。
德军官兵的境遇比武器还要糟糕，由于冰雪封冻，伤员运不走，补给运不来，而且很多德国士兵还穿着夏天单薄的制服，在寒风中瑟瑟发抖，很多士兵被冻成残废，也有很多士兵染上了寒颤不止、全身无力的疟疾。
德军每个团队仅冻伤的伤兵，少则数百，多则上千，战斗力因而锐减。由于严重的战斗减员和冻伤减员，德军兵力在一天天减少。抱怨、沮丧的情绪开始充斥德军，许多人谈起1812年拿破仑的失败和俄国的塔鲁季诺的纪念碑，无可奈何地叹息道：“上帝为什么总是偏袒俄罗斯呢？”
相反，苏军新的装备队却在不断地开赴前线，无论是在数量上，是在气势上都胜德军一筹。严寒同样给苏联军民带来了巨大的困难，他们虽然不得不在寒冷彻骨的天气里挖防坦克壕、设置障碍物等。但是，苏军本来就是在严寒中长大的，况且穿得暖暖的，足以御寒；苏军供给和适应力要比德军强得多；苏军的机枪都披着枪套，以防止冻坏；武器上涂有冬季润滑油，使用起来非常灵活……
这时，以斯大林为首的国防委员会作出了在莫斯科近郊歼灭德军的决定，转入反攻，给敌人以歼灭性打击。
“11月6日至7日，地面开始上冻，虽然车辆行驶速度明显提升了，但是我们装甲兵也被零下15～20摄氏度的严寒冻掉了半条命。接着燃料和弹药也开始冻结失效。”斯威特在他的日记里记道。
203号车的乘员给坦克刷上了白色石灰水，开往师部集合。现在全师只剩下60～70辆能动的坦克，不到满员的一半。而且大部分是iii号和捷克38，iv号坦克真是少之又少。
苏联的‘喀秋莎’象犁地的锄刀一般把道路翻来翻去，但第2中队不顾一切的前进着。炮手聪明地多领了榴弹，这样在遇到暗堡时还可以替工兵弟兄们分忧。
11月底，第2中队的指挥旗飘扬在莫斯科郊区有轨电车道上，斯威特和他的战友们已经可以从车长的破望远镜里看到克里姆林宫的蘑菇头了。
“我们的努力没有白费！”斯威特转过头去和驾驶员打趣：“要不要在莫斯科红场上试试车？”
他在说话的时候却忘记了关上无线电台的通话器！潜伏的俄军坦克通过同一波段锁定了203号的位置。
一发76.2毫米bp－250r穿甲弹准确地从驾驶员观察窗打了进来，斯威特敏捷地撞开车侧逃生口。他刚爬到雪地上打了一个滚，203号车已经在巨响中化为乌有。
“1941年12月7日，我－―等兵斯威特，203号车的唯一幸存者，现在正和步兵一同后撤。我军的阵地现在已是黄褐色的海洋―我们离莫斯科只有25公里，只有25公里！我多想再看一眼这伟大的城市―我们的神话破灭了，一切都失去了―也许我们选错了战场，莫斯科不相信眼泪！”
1941年12月4日，苏军第16集团军在红波利亚纳地区发起反击。红波利亚纳镇几次易手，苏军与德军在镇外展开了坦克战，镇内则进行着巷战。战斗异常激烈，整整持续了一天，天黑时，苏军终于把德军逐出了红波利亚纳。莫斯科周围地区的战斗也都呈现出这种白热化状态。苏德双方都知道，这是最后关头，谁能坚持到最后，谁就能取得胜利。
12月5日，德军则称之为‘最黑暗悲惨的一天’，对苏军来说是整个莫斯科保卫战中最关键的一天。这天，德军在环绕莫斯科周围320多公里的半圆形阵地上，全线被苏军制止住了。不仅如此，所向无敌的古德里安装甲部队第一次被迫后撤，不得不在冰天雪地上组织起防线。
然而，德国中央集团军群想做什么都来不及了，苏军的反攻开始了。12月5至6日，苏军利用德军预备队消耗殆尽、失去进攻势头的利时机，出其不意地在加里宁至叶列茨一线开始了全线反攻，实施了加里宁、克林一索尔涅奇诺戈尔斯克、图拉、叶列茨和卡卢加战役，并在罗斯托夫和季赫温方向展开了积极的配合行动。
12月6日凌晨，希特勒做梦也没想到，由朱可夫指挥的苏联西方方面军，在其他方面军的协同下，以100个师的兵力向德军发起了全线大反攻。这条战线长达1000多公里，从莫斯科前沿，北起加里宁，南至地叶列茨。
瞬时间，信号弹腾空升起，大炮的轰隆声冲破了漫天大雾和清晨的沉寂。‘喀秋莎’火箭炮炮弹划出一道道火光，冲向德军阵地。反攻的苏军将士们无不兴奋异常，失败的耻辱、退却的痛苦、对入侵者的仇恨，在此时此刻都转化为一种巨大的力量，推动着他们对疲惫不堪的德军发起最猛烈的攻击。他们都怀着这样一个心愿：“你该出口气了，让德国法西斯看看去地狱的路，也让他们尝尝背后挨枪子的滋味！”
12月8日下午，克留科沃及其邻近的几个居民点被苏军解放。向西逃窜的德军丢下了54辆坦克，120辆汽车及很多武器、弹药和军用器材，还丢下了两门300毫米火炮。显然，这是德军准备用它来轰击莫斯科的武器。
克留科沃大街上，挤满了欢迎的群众。许多妇女、孝和老人顶风冒雪伫立在街头。他们衣衫褴褛，饥饿，面容憔悴，饱受了战争的痛苦，但是现在看得出来，他们这时是多么高兴。
“红军万岁ｌ军万岁！”把德国侵略者打回老家去！“的口号响彻大街小巷。
随着战斗的进展，士气高昂的苏军逐渐掌握了主动权。反攻的第一天，科涅夫率领的加里宁方面军已经突破了德军的防御阵地，越过冰冻的伏尔加河，向精疲力尽的德军后方大约20公里的图尔吉诺沃进攻。
苏联第29、第31集团军在反攻当天渡过了伏尔加河，击溃了德军在德米特罗大西北的抵抗，冲向克林地区，威胁着德第3、第4坦克集群的后方。
库兹涅佐夫率领苏第1突击集团军在德米特罗夫以南进攻，越过了莫斯科和加里宁铁路。
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，德军官中弥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仑的悲剧吗？”
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，慢慢从写字台上拿起一张纸，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“台风”攻势遭到失败。
在莫斯科战役胜利的鼓舞下，最高统帅斯大林决定乘胜追击，发动全线反攻。斯大林说：“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。”
斯大林的意图是：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，向德军及其仆从军发动了全线进攻。
正如斯大林所说的：“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。
这样一来，苏第33集团军和近卫骑兵第1军得以分别在尤赫诺夫以北及以南突入德军后方，向维亚兹马展开攻击。为了配合正面部队围歼维亚济马的德军，苏军从1月中旬至2月中旬先后在维亚兹马东南地区空降了1万多人。
接着，苏军又向西推进了100公里至350公里，收复了莫斯科州、加里宁州、图拉州等莫斯科以西大部地区。至此，希特勒占领莫斯科的企图完全化成了泡影。