1941年9月30日开始的莫斯科会战，是苏联卫国战争中第一次大规模的会战，也是第二次世界大战中占有特殊地位的重要会战。正是这场战役，使两年来横扫欧洲大陆的希特勒，首次遭到了惨败，从而粉碎了希特勒闪击速胜的战略企图，打破了德军“不可战胜”的神话。同时也给世界反法西斯人民一个很大地鼓舞，使世界反法西斯统一战线更加巩固。
征服苏联、独霸欧洲、夺取世界霸权，这是希特勒蓄谋已久的国策，也是希特勒梦寐以求的目标。尽管1939年8月23日苏德签订了互不侵犯条约，但希特勒的侵略野心并没有改变。他说：“现在俄国并不可怕，因为我们已同俄国缔结了条约。但是条约只是在对我们有用的时候才有遵循它的必要。一旦我们从西方腾出手来，我们就可以对俄作战。”
根据希特勒的指示，德军参谋部认为，从政治到军事战略出发，应把占领苏联首都莫斯科作为进攻的主要目标。陆军总部和高级野战指挥官们认为：(1)苏军主力位于莫斯科方向，仅从这一点来考虑，就应该向莫斯科发动决定性的打击。(2)苏联的铁路交通网是以莫斯科为中心的，首都失陷将极大地妨碍苏军的运动自由和后勤补给。
1940年12月18日，希特勒发出第21号训令，代号为“巴巴罗萨计划”，即侵苏计划。“巴巴罗萨”计划总的战略目标是：在对英国的战争结束以前，以一次快速的战役击溃苏联。为此，希特勒决定调集大量的坦克部队、摩托化部队和航空兵部队实施“闪电”式的突然袭击，先分割围歼苏联西部苏军主力，然后再向苏联的战略纵深发展，攻占列宁格勒、莫斯科和顿巴斯，前出到阿尔汉格尔斯克、伏尔加河、阿斯特拉罕一线。希特勒设想于1941年入冬以前结束对苏战争。
1941年6月22日凌晨，希特勒背信弃义，悍然撕毁苏德互不侵犯条约，未经宣战就对苏联以突然袭击的方式开始实施“巴巴罗萨”计划。
1941年9月初，希特勒德国制订了进攻苏联莫斯科的代号为“台风”的作战计划。在这项计划里，希特勒命令他的部队“尽快(9月底)进攻莫斯科”。在向莫斯科、列宁格勒、罗斯托夫三个方向的进攻中，以夺取莫斯科为主要目标，并把精锐部队，德军东线兵力的3/4投入对莫斯科的进攻。希特勒在他的命令中规定：9月底以前，“中央”集团军群应准备好消灭斯摩棱斯克以东苏军的进攻战役;“北方”集团军群完全合围列宁格勒之后，应于9月15 日前将一定规模的军队调往“中央”集团军群使用;第2集团军和坦克第2集群在基辅完成任务后，应转向莫斯科方向。
德“中央”集团军群在准备“台风”计划的过程中，得到了“北方”集团军群的4个坦克师、2个摩托化师和空军1个军的加强，同时还得到了“南方”集团军群的2个坦克师、2个摩托化师的加强。9月16日，“中央”集团军群司令部向所属军队发出准备进攻莫斯科的指令。
苏军利用德军迟滞在斯摩棱斯克地域的时间，在莫斯科以西宽达750公里的正面和300余公里的纵深处，建立起多道防御地带。苏军以15个集团军和1个战役集群，共75个师125万人、990辆坦克、7600门各种火炮、677架飞机担任防御。苏军已集中了西线40%的部队准备保卫莫斯科。与此同时，莫斯科的市民也投入了战斗。
苏军防御部署是：西方方面军司令员科涅夫上将所辖的第32、29、19、16、20集团军在奥斯塔什科夫、叶利尼亚西北宽340公里的地带担任防御。预备队方面军的司令员是苏元帅布琼尼，以第24、43集团军在罗斯拉夫利方面宽100公里的地域占领防御;同时又以第31、49、32、33集团军配置于西方方面军的后方，在谢利扎罗沃·斯帕斯一杰缅斯克宽300公里的地带占领防御。布良斯克方面军司令员是叶廖缅科上将，所辖第50、3、13集团军和1个战役集群，防守布良斯克以西和以南宽300公里的地带。
德“中央”集团军群在这个地区投入的兵力有霍特率领的集团军和古德里安的坦克集群及从列宁格勒调来的第4装甲师共14个坦克师、8个摩托化师，总共180万人。
除此之外，还有坦克1700辆，各种火炮1.4万门，飞机950架。军力达到了占苏德战场人员总数的42%，坦克占75%，火炮、迫击炮占45%。并且还拥有包括几百门88毫米炮在内的强大支援炮群。还有两支空军机队可用来空中侦察，并为地面部队开路。
1941年9月30日，古德里安的坦克集群打前锋向龙赫诺夫和谢夫斯克方向发动局部进攻。10月2日，德军在安德烈阿波尔至谢夫斯克广阔的战线上发动总攻。莫斯科会战开始了。
苏军将基本兵力集中在维亚兹马以西，在德军主要突击方向上占有相当的优势。德军坦克集群分别从罗斯拉夫利和杜霍夫希纳进攻，突破了苏维亚兹马防线。10月7日，德军成功地合围了苏西方面军于维亚兹马地区，并将西方面军右翼集团军逼至奥斯坦什科夫一塞切夫卡一线，德军并将包围圈的东部有效地封锁住。被围的苏3个集团军虽然英勇抵抗，但到了10月13日，苏军的大部被歼，余部则退守到莫扎伊斯克防线，有的还在敌后展开了游击战，有效地牵制住了德军近28个师。
苏布良斯克方面军的形势也极为不利。9月30日，德坦克集群出乎苏军意料从绍斯特卡、格卢霍夫地区向其后方谢夫斯克实施突击。德军第2集团军在发起进攻的最初日子里，就突破了苏布良斯克方面军第50集团军的防御，尔后向第3集团军的后方发展，因而使苏布良斯克方面军处于困境。军队不但失去了指挥，还一度与大本营失去了联系。大本营在摸不清情况之下，不得不亲自负责指挥几个集团军。至此，德军的第一阶段的行动已经完成，莫斯科的第一道防线已被冲开了一道缺口。
10月3日，德军坦克第2集团军的机械化部队突入布良斯克战线后面200公里的奥廖尔。德军坦克隆隆开进城里，电车的乘客还向他们招手致意，以为是苏军的装甲部队。德国企图沿奥廖尔-图拉公路发动进攻。但初雪降临，燃料缺乏。这条公路布满弹坑，又泥泞不堪，前进受到延误。苏军大本营急忙从自己预备队中抽调列柳申科将军指挥的近卫步兵第1军派往姆岑斯科方向。德军虽将经布良斯克通往奥廖尔的重要补给公路打通了，但苏军已将许多桥梁炸毁，路面也毁坏了，所以这条公路尚不能使用。
10月5日凌晨，苏国防委员会选定莫扎伊斯克防线为主要抵抗区，将一切可用的兵力调到此处。随后，苏最高指挥部火速向莫扎伊斯克防线增调了14个步兵师、16个坦克旅、40多个炮兵团及其他部队。国防委员会和最高统帅部的代表莫洛托夫、伏罗希洛夫和华西列夫斯基深入到西方方面军和预备队方面军的格扎茨克及莫扎伊斯克，协助其制定保卫莫斯科的措施。
国防委员会的代表和大本营的代表在西方方面军司令部的5天里，同方面军领导和司令部一起决定，从由尔热夫、谢切夫卡和维亚兹马方向撤退下来的西方方面军和预备方面军的部队中抽调近5个步兵师，派往莫扎伊斯克防线。为了削弱德空军力量，苏军航空兵按指令于10月11日和12日对德军机场实施了袭击。
10月10日，国防委员和大本营代表返回莫斯科。当日，大本营作出了国防委员会关于撤消预备队方面军，将西方方面军与预备队方面军合并为西方方面军，任命朱可夫为西方方面军司令员、科涅夫为副司令员。10月12日决定在莫斯科加强防御，在首都地区建立第三道防线——莫斯科防御地幅。该地区防御地区的构筑，防御的组织和军队指挥均由莫斯科军区司令员和军事委员会负责。
10月中旬，苏军西方方面军的几个集团军被严重削弱，其基本兵力只集中在加里宁方向的第29、31、30集团军，重新建立的第16集团军由罗科索夫斯基中将指挥，部署在沃洛科拉姆斯克进行防御;在莫扎伊斯克地段原有的部队基础上组建的第5集团军，由于列柳申科少将受伤而由戈沃罗夫炮兵少将指挥作战;在纳罗福明斯克方向作战的第33集团军由叶弗列莫夫中将指挥;戈卢别夫中将指挥的第43集团军在小雅罗斯拉苇茨方向作战;第49集团军在卡卢加方向由扎哈尔金中将指挥作战。
10月13日，德军占领了距莫斯科西南160公里的卡卢加。接着，德军又突入了距莫斯科西北150公里的加里宁。为了阻止德军从西北而突入莫斯科，苏军大本营以西方方面军右翼第22、29、30、31共4个集团军，在这里建立了新的加里宁方面军，任命科涅夫为司令员。从此，加里宁方面军开始了顽强地抵抗，阻止了德军的进攻，并对在莫斯科方向的德军北方突击集团取得了有利的态势。
在布良斯克方向，德军坦克攻占奥廖尔后沿公路向图拉疾进。苏军以大本营预备队近卫军第1军在姆岑斯克迎击，并以预备队第6航空机群和方面军航空兵进行支援，阻止了德军2个坦克师和1个摩托化师的进攻，以伏击和短促出击的战术，在8天内击毁德军坦克133辆。
10月30日，德军攻占了姆岑斯克，继续向图拉进攻。苏军与图拉居民奋起反抗，德军进攻受挫。12月上旬，德军的进攻被击退，在图拉以西和以南的地方转入防御。德军从图拉向莫斯科东南迂回包抄的企图没有实现。
德军从西面经莫扎伊斯克进攻莫斯科。由于他们先后占领了卡卢加和加里宁，不仅切断了莫斯科-列宁格勒的铁路线，而且还完整无损地占领了一座横跨宽阔的伏尔加河的桥梁。德军下一步主攻的目标是博罗金诺周围的中央防御阵地。德军宣称，他们对莫斯科的进军已完成了2/3的路程。
博罗金诺距离莫斯科100公里，是汽车公路干线上的咽喉之地。正是在博罗金诺这个古战场，1812年拿破仑遭到过致命的一击。苏联最高统帅部也非常迫切地希望苏军能在1914年也给希特勒德军以同样的打击。为此，斯大林还从海参崴调来了一个精锐的步兵师。这是一支训练有素的西伯利亚部队，他们拥有强大的武器装备，头戴软质皮帽，穿着高统皮靴和大衣，坚守着博罗金诺，顽强战斗。经过4昼夜的冲击，10月18日，苏军放弃了莫扎伊斯克。但德军伤亡惨重，有的整团建制被歼灭。
莫斯科已处于前线。克里姆林宫里开始销毁文件，列宁遗体也从红场移到了安全的地方。留在市内的国防工厂及科学文化机关紧急东迁。10月15日，莫洛托夫通知各国外交使团，随部分国家机关迁至古比雪夫。留在市内的有以斯大林为首的国防委员会、最高统帅部和参谋部组成的作战指挥部。20万莫斯科人应征入伍，经过4天的训练就被派往前线防守阵地。苏联军民在恶劣天气和敌人空袭的情况下，修筑了676公里的防坦克壕，445公里的防坦克崖壁，设置了1300余公里的铁线障碍物，在380公里的正面上埋上了防坦克桩砦，构筑了3万个以止的火力点。另外，还在莫斯科近郊的森林里设置了1568公里的树千鹿砦。无论白天或黑夜连妇女、儿童都在挖掘工事。国防委员会决定，从10月19日起莫斯科及临近地域实行戒严。
此时的希特勒和德军统帅部，对进攻莫斯科的前景盲目乐观，他们错误地认为攻占莫斯科已指日可待。德国宣传机器吹嘘说东线战争已经取胜，苏军基本上已被消灭。希特勒下令禁止莫斯科投降，并建立一个特别工程指挥部，准备轰毁克里姆林宫。
正当希特勒白日做梦的时候，东欧大平原的上空开始下雨了。双方都清楚，雨水是冻雪和严寒的前奏。一夜之间，田野泥泞不堪，坦克无法行动。这时候，只有公路可以使用，但大部分公路实际上只不过是些布满了车辙的泥土路，雨水已使它们化为一片泥潭了。烂泥如胶似漆地粘到过往的车辆上，人马挣扎着前进，稀泥经常没到膝盖，弄得精疲力尽。机械化部队的状况也不佳。他们的车轮陷进泥淖，一直陷到车轴部分，动弹不得。德军部队得不到粮食，很多人到周围的田野里挖掘马铃薯充饥。交通运输几乎停顿下来，德军被分散在几百里的地带上。而苏军的车辆与卡车由于离地较高，并装有防泥链，较能适应这种气候条件，而且士兵对这种气候条件一点也不陌生。特别是苏军的T34型宽履带垣克能在坑洼松软的路上行驶。这些坦克从山上冲下来，进行着具有威胁性的打了就跑的袭击。
德军士兵由于还穿着单薄的夏装，难以抵抗严寒。尽管莫斯科已是这样的近，但各条主要公路和铁路上的防御据点，都是苏军的明碉暗堡，壁垒森严，德军每前进一步都要付出血的代价。
德军第10装甲师疯狂地前攻，打到距莫斯科不到50公里的地方，第78步兵师打到距莫斯科60公里的地方，均为泥沼所困，攻势停顿。摩托化师攻下了莫斯科西面的纳罗福明斯克，但也很快被迫停了下来。用来进攻的坦克陷在泥淖里，粮食弹药运不上去。在无可奈何的情况下，德军只得下令：全线停止前进，以待大地封冻。
在莫斯科南面，德军闪电专家古德里安正率领着12个半师的装甲部队竭尽全力准备拿下图拉，然后再从南侧包抄莫斯科。然而，天不作美，他的久经沙场的装甲部队也陷入了泥淖：先遣部队以最大毅力向前推进，并由“施图卡”机轰炸苏军据点。到了10月29日，他们距图拉只有不到5公里的距离时，被迫停下来。远近各地全是泥浆，运输陷于停顿，补给物资无法通过。到11月，“中央”集团军群在长达400公里的整个战场上，攻势已逐渐停止。面对茫茫的泥泞之地，一筹莫展，只能等待冰冻的来临。此时，适应气候条件的西伯利亚苏军正源源不断地开抵前线。
苏军经过一个多月极为顽强英勇地作战，阻止了德军从北、西、南三个方向对莫斯科的进攻，把德军截在了伏尔加水库地区，沃洛科拉姆斯克以东纳拉河和奥卡河至阿列克辛一线。在莫斯科接近地德军被阻于图拉地区。西伯利亚新军的调来和工人临时部队的组建，使莫斯科周围的防御阵地进一步巩固。
德军损失重大，希特勒在前线的指挥官们认为，只有旱季到来，公路内外可以运动时，才能继续进攻。
11月13日，德军总参谋长哈尔德在第聂伯河畔的奥尔沙召集各集团军群和各集团军的头目开会讨论，各集团军群都反对进一步发动攻势，“中央”集团军群则主张最后进行一次进攻莫斯科的尝试。德军统帅部认为，年底前，还有攻克莫斯科的一线希望。于是德军统帅部决定，在隆冬到来之前，再次向莫斯科发动进攻。
德军建立了两个强大的快速突击集团。北翼于11月15日开始进攻，南翼于11月17日开始进攻。这次，德军动用了51个师，其中有13个坦克师和7个摩托化师。德军分别从北面的克林、索尔涅奇诺戈尔斯克和从南面的图拉、卡希拉对莫斯科实施迂回突击，在莫斯科以东封闭合围圈。同时，德“中央”集团军群从正面实施进攻，在莫斯科以西歼灭苏军西方方面军主力。
苏军最高统帅部早已预料德军会拼死夺取莫斯科，便作好了防御和反攻的准备。11月上旬，给苏军西方方面军补充了10万人，300辆坦克和2000门火炮，并增调了反坦克炮兵及火箭炮部队。除此之外，还在莫斯科附近集中了1000架飞机，使飞机数量超过了德军。
德军首先集中了400辆坦克向苏军西方方面军右翼发起进攻，但遭到了苏军的顽强抵抗。德军北翼快速军团进展很快，11月23日占领了克林和索尔涅奇诺戈尔斯克，27日占领了伊斯特拉，到了12月初，德军已前进了100公里，进到了距莫斯科不到30公里的亚赫马、克留科沃。德军的一个侦察营还进抵了莫斯科近郊，已经能看到克里姆林宫的尖顶。莫斯科西北部情况已非常危急。
正当这场战役打得激烈的时候，11月27日，气温在两个小时内突然下降到零下40℃。数以千计的德国士兵冻成了残废，染上了疟疾，造成的损失比战场上还严重。可怕的严寒不仅摧毁了人体，而且还使机器停转，武器失灵。坦克的发动机无法起动，机枪和自动武器不听使唤，步枪枪栓也被冻油卡死。
德军本来是计划打一场战略决战，现在已变成了孤立的战术作战，全部预备队全被拉上了战场，他们已无能为力。而此刻，苏联突击军团突然出现。他们的机枪披着枪套，以防止严寒的侵袭;武器上加上了冬季润滑油，使用灵活;每个战士穿得很多，足以抵御严寒。他们在为这种严寒条件下作战而特地设计制造的威力强大的T34型坦克群的支援下，向冻得麻木的德军冲了上去，将德军从前沿阵地上赶了回去，终于挫败了德军的进攻。
德军南路军团的进攻也不顺利。11月18日，德军南路突击军团集中12个师，沿图拉、卡希拉方向发动了突击进攻。25日他们包围了图拉，12日初切断了图拉以北的公路铁路，并从西面对图拉进行攻打，战争达到了白热化的程度。苏军以加强近卫军从图拉、卡希拉地区对德军实施突击反攻，苏军精锐的西伯利亚军抵达，功势越来越猛，特别是对翼侧的压力，使德军装甲部队陷入困境，只能向南后退。于是，德军从南面迂回莫斯科的企图也破灭了。
在苏西方方面军的正面，德军于11月30日向纳罗福明斯克地域实施袭击，一度曾冲破苏军的防线，但在苏军预备队的强力反击下，被迫后撤了。
就这样，德军对莫斯科的最后一次进攻又以失败而告终。在这一次20天的进攻中，德军伤亡很大，约达15.5万人，损失坦克约800辆，火炮300门，飞机约1500架。德军士气急剧下降，而苏军则愈战愈勇，战争的主动权已转到了苏军的手中。到12月初，苏、德军力对比发生了很大的变化，为莫斯科反攻创造了条件。
1941年12月5日，苏军最高统帅部决定对德军的反攻开始。
12月5日，科涅夫率领的加里宁方面军首先转入反攻，朱可夫率领的西方方面军也跟着转入反攻。苏军用3个集团军向加里宁展开进攻战役。12月16日加里宁解放，1月7日进至尔热夫地区伏尔加河一线，重创了德军第9集团军主力，并向前推进了100～120公里。
西方方面军转入反攻后，向克林-索尔涅奇诺戈尔斯克展开了进攻战役。他们先后解放了索尔涅奇诺戈尔斯克、克林等地，击溃了德军坦克集群13个师。12月25日，苏军向西推进了90～100公里，前出到拉马河和鲁扎河一线，消除了德军从北面迂回莫斯科的威胁。方面军的左翼用3个集团军和1个骑兵军向图拉进攻，解放了阿列克辛、卡卢加等地。
苏军的这次反击将德军向西击退了100～250公里。到了1942年1月，苏军前出至勒热夫、博罗夫斯克、莫萨尔斯克、别廖夫、韦尔霍维耶地区，消除了德军对莫斯科的直接威胁。
德军是在没有足够准备的条件下接受这场反攻的。因此他们无力阻止在数量上占压倒优势的苏军。12月8日，德“中央”集团军群司令博克向德陆军总部报告，申明东线德军已无法击退苏军的大规模进攻，同时吁请速派增援预备队。但此时的德军总部自身困难重重。它不仅对前线形势忧心忡忡，而且，参谋总部和希特勒之间的意见分歧也在迅速加剧。
德军在莫斯科城郊的败北，使希特勒德军的士气和战斗力崩溃了。在领导层中，无论对莫斯科城郊失败原因的看法，还是继续进行对苏战争或撤退问题上，都出现了尖锐的分歧意见。12月上旬，“中央”集团军群准备撤往库尔斯克-奥廖尔-勒热夫一线作为德军的“冬季阵地”。德军陆军总司令布劳希斯同意其撤退。希特勒却不同意。他认为，一次有限的战术撤退会导致整个防线土崩瓦解，使人员、物资受到巨大损失。他说，如果德军寸土必争，俄军就会被打得一败涂地。所以要“保卫每一寸土地”。12月19日，希特勒免去了布劳希斯的职务并自兼其职。紧接着，他又免去了博克“中央”集团军群司令的职务和古德里安的职务。此后，陆陆续续地，德军陆军最高指挥将领几乎全部被撤换。
1942年1月8日，苏军开始总攻。苏军总攻的计划是：围歼尔热夫、维亚兹马和斯摩棱斯克地区的德军主力。向德“中央”集团军群实施主要突击，目的是消灭在列宁格勒附近和莫斯科以西的德军，并在西南方向上收复顿巴斯和南方工业区。
苏军的总攻首先是以加里宁方面军实施瑟切夫卡-维亚兹马战役开始。进攻的第一天，苏军迂回勒热夫，在其西部突击德军防线，至1月20日挺进80～90公里，前出到德军勒热夫集团的后方。26日前，在奥列尼诺包围了德军的7个师，苏第11骑兵军从北面突至维亚兹马，并切断了维亚兹马一斯摩棱斯克公路。2月5日，德军从东面勒热夫方向和西面的奥列尼诺地域向苏军实施反击，切断了苏第39集团军和第11骑兵军的主要通线，并对第29集团军造成反包围，将其大部歼灭。尔后，德军退至斯摩棱斯克以西。加里宁方面军虽然在以后继续实施反击，但终未能突破德军的防御。4月20日，苏最高统帅部命其转入防御。
西方方面军以9个集团军和2个骑兵军实施勒热夫-维亚兹马进攻战役。为了配合战斗，苏军最高统帅部命令海军组织了一只滑雪队，由海军上将奇斯佳科夫率领，给滑雪队配备了步枪、手榴弹、反坦克枪和迫击炮。这支滑雪队的任务是进行迂回机动作战，穿越森林，严密伪装，进入白拉斯特镇，以突击方式解放此镇后，向索尔涅奇诺戈尔斯克方向进攻。12月4日佛晓，苏军前方尖兵——第1营第1连，前出到白拉斯特镇边，突然发起进攻，冲入小镇，但由于力量薄弱，在德军发起反冲击后，被迫放弃了此镇。滑雪队到达后，与德军激战三天，小镇几度易手。后来，苏军终占攻占了此镇。德军企图在伊斯特拉水库地区组织防御，但由海军组成的滑雪队克服了大雪带来的困难，前出到列宁格勒公路和索尔涅奇诺戈尔斯克以北的铁路线，使德军的打算落空。此时北面和南面的两个苏军快速群迂回伊斯特拉水库，解放了伊斯特拉城。德军担心被围，撤回到拉马河和鲁扎河一线。
1月10日转入进攻的西方方面军右翼部队，从沃洛科拉姆斯克地区开始进攻。经过两天激战，突破了德军在拉马河的防线。1月16日和17日，方面军右翼部队在游击队的协助下，占领了洛托希诺和沙霍夫斯卡亚，控制了莫斯科一勒热夫铁路。
西北方面军左翼3个集团军，为配合西方方面军和加里宁方面军的进攻，于1942年1月9日-2月6日实施了托罗佩茨一霍尔姆进攻战役。1月21日收复了托罗佩茨。1月22日，合围了霍尔姆市德军第218师。2月初德军以预备队加强防御，阻止了苏军的进攻。但此次战役苏军在维捷布斯克方向推进了250公里。
在苏方面军中路，第5、第33集团军进攻部队于1月20日解放了鲁扎、多罗霍夫沃、莫扎伊斯克、韦列亚。方面军第43和第49集团军前出到梅登、多马诺夫地区并向尤赫诺夫方向进攻。方面军左翼第49、第50集团军、近卫第1军、第10集团军由北面和南面迂回德军由9个师组成的尤赫诺夫集团，并向维亚兹马发动进攻。为了配合维亚兹马地区的行动，1月18日到22日，苏军向维亚兹马以南40公里的热拉尼耶地区空投了近1万人的兵力，以截断德军的后勤补给线。苏第33集团军从纳罗福明斯克地区向维亚兹马总方向发展进攻，于1月31日到达尚斯基扎沃德和多马诺夫地区。苏军趁德国未调整之时，迅速向维亚兹马急速前进。
2月3日，第33集团军的2个师主力到达维亚兹马附近时，德军向突破口根部实施突击，切断了叶夫列莫夫指挥的军群，并沿乌拉格河一线恢复了防御阵地。集团军的第2梯队被德军阻于尚斯基扎沃德地区，而左邻第43集团军被阻于梅登地区，第43集团军无法完成援助叶夫列莫夫的任务。
为了加强维亚兹马地区的力量，大本营命令在奥泽列奇尼亚地区空投第4军。但由于缺乏运输飞机，只空投了2000多人。此时，希特勒却从法国和其他战线抽调了大量的预备队到维亚兹马地区，德军的防线稳固了，苏军无法突破。
4月20日，苏军结束总攻，转入战略防御。
在这次反攻和总攻中，苏军向西推进了100～350公里，把希特勒占领军完全从莫斯科、图拉等地区赶了出去。他们从德军的手中共解放了1万1千多个城镇，其中首府有加里宁、卡卢加。德军在这场会战中，则损失了50多万人，1400辆坦克、2500门火炮、1万多辆汽车及其它许多技术装备。

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