11月7日清晨，在莫斯科紅場上，慶祝十月革命勝利的游行活動照例舉行，革命歌曲響徹云霄。斯大林在列寧墓前檢閱紅軍部隊，對全體指戰(zhàn)員發(fā)表了鼓舞人心的演說："讓偉大的列寧的勝利旗幟引導你們，徹底粉碎德國侵略者！消滅德國占領者！"全副武裝的蘇軍邁著雄健的步伐從列寧墓前走過，接受斯大林的檢閱，隨后從紅場上直接開赴前線。

德軍的"臺風"攻勢雖然遭到了失敗，但是，希特勒不肯善罷甘休，仍然想在冬季到來以前攻占莫斯科。德軍經(jīng)過休整和增調(diào)兵力后，又向莫斯科發(fā)起了第二次大規(guī)模的進攻。

11月15日清晨，德軍第3、4坦克集團軍開始向克林進攻，企圖從北面包抄莫斯科；德軍第2坦克集團軍向圖拉進攻，意欲從南面包抄莫斯科；兩路德軍采用南北鉗形攻勢，同時配合正面進攻，妄想一舉攻占莫斯科。

蘇軍雖然在兵力和裝備上都處于劣勢，但是，蘇軍作戰(zhàn)特別勇敢頑強。蘇軍第316步兵師的一個戰(zhàn)斗小組表現(xiàn)尤為感人。11月16日清晨，這個小組在杜波塞科沃附近，堅守一個通往莫斯科的公路道口。經(jīng)過4個多小時的激戰(zhàn)，他們擊毀了德軍18輛坦克，擊斃德軍數(shù)十人，自己也只剩下了28人。政治指導員克羅奇科夫激勵戰(zhàn)士們說："俄國雖大，但已無處可退，后面就是莫斯科！"最后，28名戰(zhàn)士彈盡糧絕，全部壯烈犧牲，克羅奇科夫拿著一捆手榴彈撲向德軍，炸毀了一輛德軍坦克。

11月23日，德軍付出了巨大損失后占領了克林。11月27日，德軍推進到距離莫斯科只有24公里的伊斯特臘。當天夜里，一小股德軍在雅赫羅馬地區(qū)渡過了莫斯科--伏爾加河運河。莫斯科已經(jīng)處于德軍的炮火射程之內(nèi)，德軍用望遠鏡依稀可以看見克里姆林宮的頂尖。

值此危急關頭，蘇軍連夜抽調(diào)增援部隊，奮勇迎敵，向德軍發(fā)起了快速反突擊，不惜代價將德軍迅速趕回了運河西岸。11月底至12月初，蘇軍第1突擊集團軍和重組的第20、10、30集團軍緊密配合，在蘇聯(lián)空軍支援下，展開了一系列的反突擊，德軍被打得潰不成軍，狼狽不堪。12月5日，德中央集團軍群司令包克元帥向德軍參謀部報告說，他"已經(jīng)到了山窮水盡的地步了"。遭到全面阻擊的德軍被迫轉入了防御。

從11月16日至12月5日，在莫斯科城下的激戰(zhàn)中，蘇軍打死打傷德軍15.5萬多人，摧毀德軍坦克777輛、火炮300門、飛機近1500架。德軍士氣嚴重受挫，閃電戰(zhàn)遭到了破產(chǎn)。

12月初，莫斯科已經(jīng)是寒冬季節(jié)，氣溫降到了零下20~30度。希特勒和德軍統(tǒng)帥部原計劃在2個之內(nèi)消滅蘇聯(lián)，所以德軍對冬季作戰(zhàn)毫無準備。在冰天雪地的莫斯科荒郊，德軍沒有冬衣，沒有防寒設備，坦克和汽車的水箱在嚴寒中凍裂，馬達難以發(fā)動，武器上的光學窺鏡失去作用。同時，德軍的裝備也消耗了30%左右，而后勤補給卻更加困難；中路德軍每天需要31火車皮的給養(yǎng)，實際上只能得到16車皮。德軍飛機無處著陸，被迫在結冰的湖面上進行一些驚險的降落。

可是，希特勒卻頑固不化，擔心任何一點撤退都可能渙散軍心，導致全線崩潰，堅決不準許德軍后撤。同時，希特勒把德軍高級將領當成替罪羊，將包克元帥、古德里安上將、施特勞斯上將等35名高級將領撤職。12月8日，希特勒簽署了在蘇德戰(zhàn)場全線轉入防御的訓令。12月19日，希特勒撤了陸軍總司令布勞希奇的職務，親自擔任陸軍總司令。12月28日，希特勒又對身穿單衣在寒冬中瑟瑟發(fā)抖的德軍下達了死命令：不準撤退，堅決死守，直到最后一兵一卒，一槍一彈為止。

針對德軍進攻能力已經(jīng)衰竭的有利局勢，1942年1月5日，蘇軍統(tǒng)帥部決定乘勝發(fā)動全線反擊。隨后，經(jīng)過3個月的鏖戰(zhàn)，到4月下旬為止，蘇軍在各條戰(zhàn)線上都取得了很大的勝利，將德軍打退了150~400公里，解除了莫斯科和北高加索的危險，改善了列寧格勒的處境，解放了60多座城市和1.1萬多個居民地，收復了加里寧州、圖拉州、梁贊州、斯摩棱斯克州、奧廖爾州、庫爾斯克州、哈爾科夫州和列寧格勒州的一部分。

在整個冬季戰(zhàn)役中，德國大約50個師被擊潰，陸軍傷亡83萬多人（其中凍死凍傷10萬余人），損失了1300輛坦克、2500門大炮、15000輛汽車和大量的其他裝備。而德軍軍事法庭以臨陣脫逃，擅自退卻、違抗軍令等罪名將6.2萬名官兵判刑。