苏联反攻1941年11月29日，朱可夫约见斯大林发布命令反攻命令，当晚，斯大林发布命令反突击的命令。但这没引发德国的留意。1941年12月4日，德国中央集团军群根据所获得情报得出结论：苏联没能力发动一场大规模的反攻行动。到了1941年12月5日，加里宁方面军的第30集团军首先转至反攻，此时德军反攻能力似乎早已中风。

德军装甲集群侧翼遭反感压制，反攻的苏联红军被迫他们向克林方向后撤。1941年12月6日，西方面军在南北两个方向上对德军发动反攻，德军部队在气候和苏军的双重夹攻下，被从莫斯科附近击溃。1941年12月6日晚上，在图拉的古德里安部要求撤回原本的防线。

希特勒签订了在苏德战场全线还包括莫斯科方向转至防卫的训令。12月9日，苏联红军和平了罗加切沃，11日和平了伊斯特拉，12日和平了索尔涅奇诺戈尔斯克，15日和平了克林，16日和平了加里宁，20日和平了沃洛科拉姆斯克。12月19日，希特勒免职了陆军总司令勃劳希契的职务，自己特地担任陆军总司令。他发布命令说道：“每一个人不应车站在其现在方位上打回来。

当后方没既设阵地时，意味著不准前进”。虽然德军将领都再三拒绝后撤，而且古德里安和赫普纳都因私自后撤而被免职，可是希特勒却指出万万不可以追击，否则就不会重蹈拿破仑的覆辙。虽然是由于他的倔强，才不会使这个战役跑到了失利的边缘，可是也因为他的倔强，才使他未曾跳进这个深渊。

毫无疑问的，因为他不愿撤离苏联或是斯摩棱斯克以东的地区，才使他的大军防止了一个比1812年还更加可怕的灾难。希特勒的计划与拿破仑有所不同，不是全线后撤而是向后方运动，将原行进的补给线都变为了抵抗根据地，到12月底，在莫斯科西南方向，苏联红军攻占了卡卢加。

在西北方向，加里宁也被苏联红军攻占。东南方向，苏联红军中止了德军对图拉的围困。

莫斯科会战完结，苏联红军获得了苏德战争愈演愈烈以来的第一次大胜利。德军损失人员50余万、坦克1300余辆、火炮2500门、15000辆汽车和大量其他装备。德军被迫改为“闪击战”为消耗战。

1942年1月7日苏联红军重夺了莫斯科以北的加里宁。1月初，西部战略方向的反攻乃勒令已完成。精疲力竭的德军早已后撤到100至250公里外。

德军38个师，内15个坦克师和摩托化师遭到重创。反攻莫斯科的突击集团被击退，使德军惊慌失措，希特勒拒绝固守每一个居民地，一步也不前进，直到最后一兵一卒。由于缺少实行大规模反攻行动的经验以及缺乏较慢兵团，苏联红军因而没能全部已完成所彰显的歼灭“中央”集团军群基本兵力的任务，2月初，来自西欧的德军增援部队（12个师又2个旅）和中央集团军群北翼部队，分别实行反突击，苏联红军的态势好转。

苏联红军最低统帅部命令西方向部队转至防卫、退回外线登陆作战部队，会战自此完结。1942年4月，反攻莫斯科的德军伤亡人数约50万人，被苏联红军赶往了距离莫斯科100乃至350公里以外的地带。

而苏联代价了死伤和俘虏70多万人的惨烈代价，却获得了莫斯科保卫战的最后胜利。在反击战中，由于莫斯科的一些大型工厂的撤走，使得苏联红军在反攻中经常出现了弹药严重不足的情况，使得苏联红军的反攻不得不终止，不然或许不会击溃更加多德军。

战役结果苏联红军以极大人员损失先后和平了罗加切沃、别廖夫等一系列地区与城市。德军的告终使德军士气低下，在冬季战局中，35名高级将领，陆军总司令布劳希奇元帅被免职、博克元帅被中止中央集团军总司令的头衔，由克鲁格代替，霍普拉被解聘军籍，褫夺身着军装和发给养老金的权利，古德里安上将被免职，直到1943年2月重回部队，施特劳斯上将等被免职或免职。

德军在莫斯科会战中损失兵力30多万，战败1万，遗失坦克300辆，火炮200门，汽车200辆以及其他技术装备。此后进行了勒热夫—瑟乔夫卡战役。

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