Предварительно разобравшись в его деле, нарком обороны страны К. Е. Ворошилов, А. И. Микоян и члены военной партийной комиссии при ЦК ВКП(б) пришли к выводу: просить И. В. Сталина лично принять участие в разборе дела командующего. Допрос Ефремова провел сам Сталин. Тот убедительно и смело доказывал свою невиновность. Дело было закрыто, и обвинение с Ефремова снято.
В начале Великой Отечественной войны генерал-лейтенант Ефремов воевал в должности командующего 21-й армией Западного фронта, которая вела ожесточенные бои на Могилевском направлении. 7 августа 1941 г. он назначен командующим войсками Центрального фронта. В конце июля соединения армии приковали к себе значительные силы немецких войск и задержали их продвижение к Днепру.
В октябре 1941 г. генерал-лейтенанта Ефремова назначают командующим 33-й армией. Это назначение стало для него судьбоносным. В конце ноября 1941 г. армия Ефремова занимала оборону в условиях непосредственного соприкосновения с противником по реке Нара, испытывая недостаток сил и средств. Севернее оборонялась 5-я армия генерал-лейтенанта Говорова, а южнее — 43-я армия генерал-майора Голубева.
1 декабря 1941 г. группа армий «Центр» под командованием генерал-фельдмаршала фон Бока предприняла очередную попытку фронтального прорыва к Москве в районе н.п. Апрелевка, всего в 25 км от Москвы. Целью противника было расчленить и уничтожить войска 5-й и 33-й советских армий и в дальнейшем, действуя вдоль Киевского и Минского шоссе, выйти к столице. Утром 1 декабря после сильнейшей артиллерийской и авиационной подготовки немцы начали наступление. Северо-западнее Наро-Фоминска две немецкие дивизии, используя более чем пятикратное превосходство в силах, прорвали оборону 222-й стрелковой дивизии 33-й армии и заняли ряд новых территорий.
Командующий Западным фронтом генерал армии Г. К. Жуков отдал приказ М. Г. Ефремову нанести ответный удар по врагу. С целью выполнения приказа оперативной группой 33-й армии был разработан план действий по уничтожению прорвавшегося противника. В операции принимали участие около 120 танков, стрелковая бригада, полк НКВД и два лыжных батальона.
2 декабря 136-й отдельный танковый батальон и части 76-го стрелкового полка НКВД выбили немцев из Петровского, а 3 декабря при поддержке 18-й стрелковой бригады танкисты, успешно применив танковую контратаку с десантом пехоты, завершили разгром полка противника, который, понеся тяжелые потери, был вынужден отступить.
В результате операции Ефремова советские войска сорвали последнюю попытку немецких войск прорваться к Москве и вскоре начали оттеснять немцев от столицы, обеспечивая перелом в ходе боев.
В ходе начавшегося 5 декабря 1941 года контрнаступления под Москвой 33-я армия под командованием генерал-лейтенанта Ефремова к 26 декабря полностью освободила Наро-Фоминск, 4 января 1942 г. — Боровск, а 19 января — Верею.
И. М. Г. Ефремов с семьей
К этому времени 33-я армия нуждалась в пополнении личным составом, техникой и боеприпасами. Однако неожиданно 17 января 1942 г. от командующего Западным фронтом генерала армии Жукова приходит приказ Ефремову наступать на Вязьму.
Это наступление части сил Западного фронта (понесших в предыдущих боях большие потери) началось 26 января. По советскому замыслу 33-я армия и силы кавкорпуса Белова должны были содействовать окружению львиной доли группы армий «Центр» во взаимодействии с ударом на Вязьму с севера Калининского фронта, в авангарде которого двигался 11-й кавалерийский корпус. Но отсутствие достаточных сил и средств, тяжелые зимние условия и, самое главное, усилившееся сопротивление немцев (получивших подкрепления) не привели к ожидаемому скорому успеху. Противник нанес сильные контрудары во фланг ударной группы генерала Ефремова, и она сама оказалась в окружении в глубоком тылу немцев.
Генерал не растерялся в этих тяжелых условиях и сумел организовать эффективное сопротивление врагу, создав круговую оборону. Шла мобилизация местного населения, работал воздушный мост на большую землю. Но время шло, силы немцев постоянно возрастали. Немецкое командование было полно решимости избавиться от жизнеспособных советских сил вблизи своих жизненно важных коммуникаций сразу после того, как сойдет снег и земля немного подсохнет. Силы ефремовцев в тот период составляли примерно 10 тыс. человек.
Первое место захоронения М. Г. Ефремова