在美國對莫斯科城下蘇軍的反攻進行報道時，這場反擊戰(zhàn)已經(jīng)開始了一個月整。從1941年12月5日起，莫斯科城下的預備隊方面軍、加里寧方面軍、西方面軍和幾乎被打空的布良斯克方面軍在朱可夫、科涅夫和鐵木辛哥的指揮下開始對德軍進行全面的反擊。
這場反擊在時機的選擇上可謂精準，12月4日德軍才停止對莫斯科的進攻轉(zhuǎn)為防御，第二天蘇軍就開始發(fā)起大規(guī)模進攻了，德國人無論是心理上還是現(xiàn)實中都被打了個猝不及防。
從常理上說，德國的中央集團軍群雖然進攻無力，但其實力仍在，蒙受了巨大損失的蘇軍理應趁德軍停止進攻收縮防線、鞏固防守，德國佬完全沒有想到蘇聯(lián)人會如此果斷地發(fā)起反擊，前線的博克、萊因哈特和古德里安等人一時都被打懵了。
而德軍的情況也非常不利。德軍前一天才停止進攻、展開防御，一整個中央集團軍群兵力都非常集中，正適合被包圍，而其下各軍下屬的師、團也大多忙于由進攻轉(zhuǎn)為防御。裝甲縱隊尚未展開，許多關(guān)鍵的防御節(jié)點仍未占領，即使已占領的防御地帶，也因缺乏工具而難以掘開凍土構(gòu)筑工事。
因此當蘇軍實施反攻的時候，大量交通要道無人把守，突擊部隊輕輕松松就將將德軍分割的七零八落。而在主力部隊之外，尚有神出鬼沒的西伯利亞援軍，他們身披白色偽裝服，借助雪橇和滑雪板穿過德軍尋常難以通過的密林與沼澤，直接突襲德軍后方的指揮所、倉庫和野戰(zhàn)機場，給德國人玩了一手“滑雪板閃擊戰(zhàn)”。
其結(jié)果就是，蘇軍執(zhí)行反攻任務的三個半方面軍（布良斯克方面軍已經(jīng)打殘了）都在6日取得了相當大的突破。第30集團軍深入德軍陣線近20公里，將第三裝甲集群的后方攪得天翻地覆。德軍第56摩托化軍的指揮部都遭到了襲擊，軍長沙爾只能親自提槍上陣指揮20毫米防空炮反擊，才避免淪落到指揮部被端的下場。
在美國珍珠港遭襲的第二天，即1941年12月8日，德軍中央集團軍群司令被迫向國內(nèi)報告，聲稱“由于蘇軍的巨大兵力優(yōu)勢”（這個優(yōu)勢實際上是德軍將領們幻想出來的）和嚴寒，前線部隊如今已經(jīng)無法在任何一個方向上擊退蘇軍的進攻。
不過蘇軍雖然在戰(zhàn)略上打了德軍一個措手不及，并成功將德軍第9集團軍和第3裝甲集群同中央集團軍群主力分割開來。但蘇軍在戰(zhàn)術(shù)上的問題仍然沒有解決，戰(zhàn)前偵察、各部隊之間的協(xié)調(diào)還是那一團漿糊，重裝備也不夠。所以一旦德軍開始穩(wěn)住陣腳，依托不能動的坦克以及其他重裝備原地固守，蘇軍拿他們也一時沒有什么好辦法。
蘇軍戰(zhàn)斗序列中裝備戰(zhàn)斗力最強的是從屬于西方面軍的第16集團軍，其司令員正是羅科索夫斯基，下轄的部隊也都為勁旅：近衛(wèi)第8步兵師（原潘菲洛夫指揮的第316師）、近衛(wèi)第1坦克旅（原卡圖科夫指揮的第4坦克旅），而且得到了方面軍的優(yōu)先補充，甚至擁有火箭炮的支援。
即使是這樣的勁旅，在圍攻克留科沃工人村的時候都吃了個大虧，卡圖科夫的坦克旅甚至一度只剩下4輛坦克還能戰(zhàn)斗。如此戰(zhàn)況迫使其前線指揮列維亞金少將選擇迂回戰(zhàn)術(shù)，先截斷了德國佬的補給線，才攻克了克留科沃的東北部分。
羅貝爾的老部隊第427航空殲擊機團也參加了這場戰(zhàn)斗，并且擊落了一架梅塞施密特。值得一提的是，這架梅塞施密特的飛行員降落傘沒能成功打開，從2000米高度自由落體直墜大地，結(jié)果落在厚達兩米的蓬松積雪上，竟然幾乎沒有受傷，讓紅軍地面部隊的戰(zhàn)友們順手抓了活口。
次日晚，防御克留科沃的德國軍隊陷入了總崩潰，兩千多不成建制的潰兵從紅軍包圍網(wǎng)的缺口涌出，蘇軍騎兵隨即展開追擊。德軍上下猝不及防，前后有數(shù)百人被馬刀這種原始的武器砍死。
被寄予厚望的西方面軍攻勢進展還算順利，不被看好的鐵木辛哥集群在莫斯科南部居然也取得了相當不錯的戰(zhàn)果。莫斯科南部的德軍裝甲部隊（古德里安的第2裝甲集團軍）一路追擊第13集團軍，與后方部隊（德軍第2集團軍）之間的距離越拉越大。盡管在12月6日停止了進攻，但驕橫的德國侵略者同樣完全沒想到自己會遭遇蘇軍的反擊。
德軍進攻停止當天，鐵木辛哥在莫斯科南部的反擊開始了，鐵木辛哥七拼八湊出來的“快速戰(zhàn)役集群”（下轄近衛(wèi)第1步兵師、第5騎兵軍、第129坦克旅和第34摩托化旅，總兵力約兩萬人）猛插向德軍第34軍指揮部的側(cè)翼和后方葉列茨，第13集團軍和第3集團軍也發(fā)動進攻以策應“快速戰(zhàn)役集群”。
總的來說，鐵木辛哥指揮的蘇軍實力從各個方面來講都遠弱于當面德軍，但他們的攻勢成功將德國人打了個猝不及防。許多正在村落里睡覺的德軍步兵一觸即潰，隨后就被迂回的蘇聯(lián)騎兵在曠野中來回沖殺，損失相當之大。這些丟棄了幾乎所有輜重的步兵即使逃過了蘇聯(lián)騎兵的追擊，也沒逃過蘇聯(lián)嚴酷的寒冬。當天下午，德軍第二集團軍便向集團軍群總司令博克匯報：“部隊凍傷者甚多”。
短短四天之內(nèi)，莫斯科南部的蘇軍突擊部隊便向前推進了50公里，并將伊茲馬爾科沃、羅索什諾耶、烏斯片斯科耶三角地帶的德軍第45、134、95步兵師徹底包圍，迫使中央集團軍群向南方集團軍群求援（后者最后給了前者一個步兵師），并向該方向投入最后的預備隊，以挽救被包圍的四萬德軍，包圍圈里的德軍也開始進行瘋狂的突圍。
在突圍過程中，德軍第134師一部發(fā)揚了第2集團軍的“優(yōu)良傳統(tǒng)”，如同幾個月前突破伊普季河時一樣，逼迫蘇聯(lián)平民走在前面給德國人擋子彈、趟地雷。但堵截他們的并非步兵，而是第5騎兵軍的騎兵。于是該師突圍部隊被怒不可遏的蘇軍騎兵從側(cè)后掩殺，被砍死的就有兩百多人。
不過蘇軍穿插部隊的火力和兵力畢竟有限，在德軍建制全崩、四散奔逃的情況下，他們終究還是沒能攔截住太多德軍，鐵木辛哥在這個包圍圈里最終只消滅了不到四千人（也就是說十分之九的德國佬還是跑出去了），不過他們擊斃了德軍第134師的師長，還繳獲了這三個師幾乎全部的重裝備。
打崩了德國的第2集團軍，下一個就輪到古德里安的第2裝甲集團軍了。這部德軍的情況相比較于先前挨揍的德國佬區(qū)別不大，只是多了一些沒法開動的坦克而已。
德軍防線上的每個縫隙都涌入了大量蘇聯(lián)生力軍，蘇軍第1近衛(wèi)騎兵軍甚至在一日之內(nèi)就攻克了韋尼奧夫和斯大林諾戈爾斯克兩座城鎮(zhèn)，將城鎮(zhèn)里的德國佬趕到曠野上凍死。古德里安慌忙向其北方的第4集團軍求援，自顧不暇的第4集團軍只派了第137步兵師的4個營前往支援，結(jié)果四個營在路上正撞上蘇軍迂回部隊，帶隊的布格曼師長本人都被擊斃，支援自然也就無疾而終了。
無可奈何的古德里安決定跑路，結(jié)果在嚴寒的天氣下士兵凍傷者甚多，僅一個師就上報有1800人凍傷。不過不幸的是，氣溫從12月8日起就回暖了，并在9號重新回升到最低氣溫零下-6攝氏度左右，沒能將輜重全丟的德國佬都凍死。
面對一夜之間翻轉(zhuǎn)的戰(zhàn)況，極度失望的希特勒最終同意了博克的請求，下令中央集團軍群開始撤退。在紅軍的攻勢的巨大壓力下，德軍的撤退開始變得混亂，汽車、摩托車和步兵行軍縱隊擁堵在各條道路上。
然后，蘇軍的伊爾-2和雅克-1就來了。
1941年12月15日，蘇軍收復了克林，這次反擊便基本接近尾聲了。盡管蘇軍不愿放棄第3裝甲集群這條大魚，還死死地咬在后方窮追不舍，但連續(xù)作戰(zhàn)的蘇軍官兵已經(jīng)疲憊到了極點，而且又缺乏重裝備，實在做不到殲滅這支部隊了。
從12月6日蘇軍各部隊發(fā)動反攻開始，德軍損失了大量的兵力和裝備。個別損失慘重的如第56和第41摩托化軍，兩個軍加起來湊不出4個步兵營，第3裝甲集團軍全軍只剩下了二十來輛坦克，重炮也丟了個精光。前一段時間在空中咄咄逼人，差點干掉羅貝爾的第3戰(zhàn)斗機聯(lián)隊也丟掉了所有的飛機，不少飛行員還在步行撤退的途中還被蘇軍戰(zhàn)機炸死。
到12月19日，德軍已經(jīng)被擊退了90-110公里。在千萬紅軍、紅空軍指戰(zhàn)員的英勇斗爭下，蘇維埃社會主義共和國聯(lián)盟的心臟莫斯科，終于安然無恙了。