В сложившейся обстановке Красной армии необходимо было решить ряд неотложных задач оперативно-стратегического значения. Главная из них состояла в том, чтобы снять непосредственную угрозу Москве посредством перехода в контрнаступление, нанесения поражения группе армий «Центр» и захватить стратегическую инициативу.
Подготовка к контрнаступлению началась еще в ходе оборонительных сражений и велась по различным направлениям. Наряду с мероприятиями экономического характера, направленными на повышение технического и материального оснащения войск, ускоренными темпами шло формирование стратегических резервов. Было создано 10 новых армий. Но несмотря на значительное усиление, советские войска под Москвой имели в 1,4–1,6 раза меньше людей, артиллерии и танков, чем противник. Однако Ставка Верховного главнокомандования (ВГК) учитывала не только соотношение сил, но и такие факторы, как измотанность противника, отсутствие у него резервов, незавершенность перехода к обороне, неподготовленность к ведению боевых действий в зимних условиях, наличие выгодной конфигурации линии фронта, высокий моральный дух личного состава своих войск.
По замыслу Ставки ВГК на контрнаступление главный удар намечалось нанести на западном направлении, разгромить основные силы группы армий «Центр», угрожавшие Москве, и решительно улучшить положение советских войск. Ближайшая цель операции заключалась в том, чтобы одновременными ударами войск Западного, Калининского и Юго-Западного фронтов разгромить ударные группировки противника севернее и южнее Москвы. Фронтам ставились только ближайшие задачи глубиной от 30 до 70 км. «Для постановки войскам фронта более далеких и решительных целей, – вспоминал Г. К. Жуков, – у нас тогда еще не было сил. Мы стремились только отбросить врага как можно дальше от Москвы и нанести ему возможно большие потери». Дальнейшая цель – нанести поражение всей группе армий «Центр» – была определена Ставкой уже в ходе контрнаступления.
Утром 5 декабря 1941 года перешли в наступление войска левого крыла Калининского фронта, а 6 декабря – войска Западного и правого крыла Юго-Западного фронтов. В ходе Калининской, Клинско-Солнечногорской, Тульской, Калужской и Елецкой операций советские войска в первые же дни вырвали у врага инициативу, и за три дня продвинулись на 30–40 км.
В связи с большими потерями в людях, боевой технике и полной утратой наступательных возможностей германское верховное командование 8 декабря 1941 года отдает войскам приказ о переходе к обороне на всем советско-германском фронте. Но советские войска продолжали контрнаступление. 9 декабря они освободили Рогачево, 11-го – Истру, 12-го – Солнечногорск, 15-го – Клин, 20-го – Волоколамск.
С 6 по 25 декабря войска правого крыла Западного фронта нанесли поражение главным силам северной группировки противника и отбросили ее к западу на 100 км, на рубеж рек Лама и Руза. Войска Калининского фронта с 5 по 16 декабря разгромили группировку врага в районе г. Калинина (Тверь) и 16 декабря освободили город. В дальнейшем, развивая наступление на широком фронте, советские войска вышли на рубеж Мологино – Ржев – р. Лама.
Войска левого крыла Западного и правого крыла Юго-Западного фронтов в ходе контрнаступления с 6 по 30 декабря нанесли поражение основным силам южной группировки противника, продвинулись на 220–250 км и освободили города Калугу, Сухиничи, Скуратово, Елец и др.
16 декабря И. Сталин получил послание от премьер-министра Великобритании У. Черчилля. Он писал: «Невозможно описать то чувство облегчения, с которым я каждый день узнаю о ваших замечательных победах на русском фронте». В тот же день пришло послание и от президента США Ф. Рузвельта: «Я хочу еще раз сообщить вам о всеобщем подлинном энтузиазме в Соединенных Штатах по поводу успехов ваших армий в защите вашей великой нации». И как бы развивая мысль президента США, вашингтонская газета «Стар» писала 16 декабря: «Успехи СССР, достигнутые в борьбе с гитлеровской Германией, имеют большое значение не только для Москвы и всего русского народа, но и для Вашингтона, для будущего Соединенных Штатов. История воздаст русским должное за то, что они не только приостановили «молниеносную войну», но и сумели обратить противника в бегство».