В середине декабря, когда фланговые группировки противника откатывались на запад, создались благоприятные условия для перехода в наступление армий центра Западного фронта. Несмотря на упорное сопротивление врага, советские войска в конце декабря – начале января освободили Наро-Фоминск, Боровск, Балабаново, Малоярославец, Тарусу и вышли на линию Малоярославец – Калуга.
Таким образом, к началу января 1942 года войска Калининского, Западного и правого крыла Юго-Западного (с 24 декабря переименован в Брянский) фронтов, разгромив ударные соединения группы армий «Центр», успешно выполнили поставленную задачу. Выйдя на рубеж Селижарово, Ржев, Волоколамск, Руза, Мценск, они отбросили противника от Москвы на 100–250 км. Угроза столице и Московскому промышленному району была снята.
Так писал о событиях декабря 1941 года фронтовой поэт Алексей Сурков.
В ходе контрнаступления советские войска освободили свыше 11 тысяч населенных пунктов, в том числе города Калинин и Калугу, ликвидировали угрозу окружения Тулы. Общие потери только сухопутных войск вермахта за месяц боев составили более 167 тыс. человек, разбито 11 танковых, 4 моторизованных и 23 пехотных дивизии. Гитлер был вне себя, он обвинял в поражении своих войск генералов и фельдмаршалов и отстранил от должности 35 высших военных чинов, в том числе генерал-фельдмаршалов Браухича и фон Бока.
В гитлеровской ставке в первые дни контрнаступления советских войск были убеждены в том, что наступательные возможности Красной армии ограниченны и результаты ее ударов не выйдут за рамки операций местного значения. Но уже в середине декабря руководство вермахта осознало, насколько тяжела катастрофа, которая постигла его на Восточном фронте, и, стремясь изменить неблагоприятное для него развитие событий, провело ряд мероприятий, направленных на восстановление боеспособности армии и удержание ею важных рубежей и районов.
В результате этих мер сопротивление противника начало возрастать, тем более, что несмотря на понесенные им крупные потери, соотношение сил не давало решающего преимущества Красной армии. Тем не менее Ставка ВГК считала, что сложившуюся обстановку необходимо использовать для завершения разгрома главной группировки врага на московском направлении. Предусматривалось охватывающими ударами правого крыла Калининского фронта из района северо-западнее Ржева на Вязьму и левого крыла Западного фронта из района Калуги на Юхнов и Вязьму с одновременным наступлением остальных армий Западного фронта на Сычевку и Гжатск окружить, расчленить и уничтожить основные силы группы армий «Центр» в районе Ржева, Вязьмы, Юхнова, Гжатска. Северо-Западный фронт своим левым флангом должен был наступать в направлении Торопца, Велижа и осуществить глубокий охват группы армий «Центр» с севера. Брянский фронт имел задачу прикрыть войска Западного фронта с юга и активными действиями на Брянском и Орловском направлениях сковать немецкие войска.
8 января 1942 года ударная группировка войск Калининского фронта прорвала вражескую оборону западнее Ржева и успешно продвигалась в южном направлении на Сычевку, а 9 января перешла в наступление войска левого крыла Северо-Западного и армии Западного фронтов. Войска Северо-Западного фронта за 25 дней наступления отбросили противника на 250 км, освободили более тысячи населенных пунктов и вышли к Великим Лукам, Витебску, Демидову. Над тыловыми коммуникациями группы армий «Центр» нависла серьезная угроза. Успешно развивалось наступление и армий левого крыла Западного фронта. Его войска сковали юхновскую группировку, прорвались севернее и южнее Юхнова в тыл противника и в начале февраля вышли к Вязьме.
Одновременно с охватывающими ударами командование Западного фронта по указанию Ставки предприняло попытку рассечь окружаемую группировку противника силами правого крыла фронта. Для этой цели была создана ударная группа, которая из района Волоколамска нанесла удар и в результате двухдневных боев прорвала оборону врага на р. Лама. Затем в наступление перешли остальные силы правого крыла Западного фронта.