5 декабря советские войска перешли в контрнаступление. Его последовательно начали войска Калининского фронта, 6 декабря — Западного и Юго-Западного фронтов. Ожесточенные сражения развернулись на калининском, истринском, тульском, и елецком направлениях. За месяц боев немецкие войска были отброшены к западу примерно на 250 км.
Позже началось общее наступление советских войск от Ладожского озера до Черного моря. В нем приняли участие и войска Западного и Калининского фронтов, проводившие Ржевско-Вяземскую операцию. Отсутствие достаточного опыта ведения наступательных операций, недостаток сил и средств не позволили тогда окружить основные силы группы армии «Центр». Тем не менее, это был успех. Противник был отброшен на запад на 100-350 км. Полностью были освобождены Московская, Калининская, Тульская, Рязанская области, часть Смоленской и Орловской областей, Победа под Москвой улучшила военно-политическое и международное положение Советского Союза.