Контрнаступление началось 5—6 декабря 1941 года на фронте от Калинина до Ельца. Несмотря на отсутствие превосходства в живой силе и технических средствах, на сильные морозы, глубокий снежный покров, войска левого крыла Калининского и правого крыла Западного фронтов уже в первые дни контрнаступления прорвали оборону противника.
8 декабря 1941 года Гитлер подписал директиву о переходе к обороне на всем советско-германском фронте. 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. Успешно развивалось контрнаступление на левом крыле Западного фронта и в полосе Брянского. Они во взаимодействии с войсками левого крыла Западного фронта к началу января 1942 года достигли рубежа Белев, Мценск, Верховье. Все это создавало благоприятные условия для окружения группы армий «Центр», а также сняло угрозу, нависшую над Москвой.
Победа советских войск под Москвой и начало контрнаступления имели огромное значение:впервые во Второй мировой войне враг потерпел весомое поражение.