Контрнаступление, как второй этап битвы за Москву, началось 5-6 декабря 1941 года на фронте от Калинина до Ельца и продолжалось до весны 1942 года. Ему предшествовали тяжелые оборонительные бои, когда защитники столицы СССР вместе с жителями героически сражались с врагом днем и ночью, на фронте и в окружении, во вражеском тылу и в небе Москвы. Упорной обороной занимаемых позиций, контратаками и контрударами, вводом свежих резервов и ударами с воздуха они изматывали силы противника. И к началу декабря инициатива действий стала переходить на сторону советских войск.
Боевые действия сразу же приняли ожесточенный характер. Несмотря на отсутствие превосходства в живой силе и технических средствах, на сильные морозы, глубокий снежный покров, советские войска левого крыла Калининского и правого крыла Западного фронтов уже в первые дни контрнаступления прорвали оборону противника южнее Калинина и северо-западнее Москвы, перерезали железную дорогу и шоссе Калинин — Москва и освободили ряд населенных пунктов.
Одновременно с войсками, наступавшими северо-западнее Москвы, перешли в контрнаступление войска левого крыла Западного и правого крыла Юго-Западного фронтов. Сильные удары войск Красной Армии по фланговым группировкам группы армий «Центр», предназначенным для окружения Москвы, заставили немецко-фашистское командование принять меры по спасению своих войск от разгрома.
8 декабря 1941 года Гитлер подписал директиву о переходе к обороне на всём советско-германском фронте. Группа армий «Центр» получила задачу любой ценой удерживать важные в стратегическом отношении районы.
Но уже 9 декабря советские войска освободили Рогачево, Венев, Елец, 11 декабря — Сталиногорск, 12 декабря — Солнечногорск, 13 декабря — Ефремов, 15 декабря -Клин, 16 декабря — Калинин, 20 декабря — Волоколамск. 25 декабря советские войска на широком фронте вышли к Оке. 28 декабря был освобожден Козельск, 30 декабря — Калуга, в начале января 1942 года — Мещовск и Мосальск.
К началу января 1942 года войска правого крыла Западного фронта вышли на рубеж рек Лама и Руза. К этому же времени войска Калининского фронта вышли на рубеж Павликово, Старица. Войска центра Западного фронта 26 декабря освободили Наро-Фоминск, 2 января — Малоярославец, 4 января — Боровск. Успешно развивалось контрнаступление на левом крыле Западного фронта и в полосе Брянского фронта (воссоздан 18 декабря 1941 в составе 3-й, 13-й и 61-й армий). Советские войска Брянского фронта во взаимодействии с войсками левого крыла Западного фронта достигли рубежа Белев, Мценск, Верховье.
В итоге, фланговые ударные группировки врага были отброшены от Москвы на 100-250 километров, разбиты 38 немецких дивизий, освобождено свыше 11 тысяч населенных пунктов. Все это создавало благоприятные условия для окружения группы армий «Центр», а также сняло угрозу, нависшую над столицей СССР.
Победа советских войск под Москвой и начало контрнаступления имели не только огромное военное, но и политическое, международное значение – впервые во Второй мировой войне доселе непобедимый вермахт был остановлен и потерпел весомое поражение.
Битва под Москвой была отмечена массовым героизмом и самопожертвованием советских людей. За доблесть и мужество, проявленные в боях 40 частям и соединениям было присвоено звание гвардейских, 36 тысяч воинов награждены орденами и медалями, 187 человек удостоены звания Героя Советского Союза. Медалью «За оборону Москвы» награждено более 1 млн. человек (в том числе около 381 тысячи военнослужащих и примерно 639 тысяч гражданских лиц).