Aún más, los alemanes estaban muy extendidos y malamente equipados para el invierno, mien- tras que los soviéticos estaban temporalmente concentrados en unos pocos puntos críticos. Por ejemplo, en el ala derecha del Frente Oeste atacando al norte de Moscú, los soviéticos fueron capaces de lograr una superioridad de 2:1 sobre los alemanes en personal y superioridad menor en artillería y morteros. Los alemanes mantuvieron la superioridad en blindados. Además, la inteligencia alemana estimó que Stalin no tenía más reservas y que pasaría tres meses antes de que el Ejército Rojo pudiese formar nuevas fuerzas. El impacto de los contraataques soviéticos fue por consiguiente mucho mayor.
La campaña de invierno soviética comenzó el 5 de diciembre de 1941. Llevado por la necesi- dad, el Stavka trató primero de debilitar y repeler a las pinzas blindadas alemanes que amenaza- ban Moscú. Cuando la primera serie de contraataques del 1 Ejército de Choque y de otros ejérci- tos cerca de Moscú lograron el éxito, las ambiciones del Stavka se dispararon. En semanas, los iniciales y limitados contraataques fueron reemplazados por misiones ofensivas mucho más extensas para los frentes y ejércitos desde Leningrado hasta el Mar Negro. A comienzos de ene- ro, un concepto global había emergido que gobernó las subsiguientes operaciones soviéticas a lo largo del invierno. Debido a su apresurada formulación y debido a la a menudo torpe ejecución del concepto, las primeras espectaculares ganancias no produjeron los resultados estratégicos deseados. En particular, la campaña soviética fracasó en destruir al Grupo de Ejércitos Centro. La ofensiva, sin embargo, resultó ser inmensamente aleccionadora para el Alto Mando Alemán, y, por primera vez, surgieron dudas entre algunos comandantes alemanes de que la guerra podía ser efectivamente ganada.
El primer objetivo de la ofensiva soviética era eliminar las amenazantes pinzas al norte y al sur de Moscú. En el norte, el contraataque comenzó a las 3:00 horas del viernes 5 de diciembre, cuando la temperatura era de 15 grados bajo cero y la nieve era de más de un metro profunda. Los 29 y 31 Ejércitos del recientemente formado Frente Kalinin de Konev atacaron desde el lado norte del saliente. Al día siguiente, el 30 Ejército y el 1 Ejército de Choque atacaron desde posiciones al norte y al sur de Dmitrov, en el Canal Volga-Moscú. Al mediodía del 7 de diciem- bre, unidades avanzadas soviéticas estaban invadiendo el cuartel general del LVI Cuerpo Panzer a las afueras de Klin. Después de eso, Zhukov envió tres ejércitos adicionales (20, 16 y 5) al ataque contra el lado sur del saliente de Klin, tratando de rodear a todo el Tercer Ejército Panzer así como también al XXXXVI Cuerpo Panzer del Cuarto Grupo Panzer. En el 5 Ejército, el Teniente General L. A. Govorov concentró un “grupo de choque” de tres divisiones de fusileros (19, 329 y 326) y varias brigadas de tanques para atacar el 14 de diciembre sobre un frente es- trecho hacia Russa. En la brecha atacó el 2 Cuerpo de Caballería de la Guardia del Mayor Gene- ral L. M. Dovator. Muy cerca de Dovator marchaba un grupo móvil de tanques consistente en la 20 Brigada de Tanques y el 136 Batallón Independiente de Tanques.
Aunque el mismo Dovator murió en acción el 20 de diciembre, éstas y similares tácticas de grupos de choque utilizadas por otros ejércitos lentamente trastornaron las defensas alemanas. Los alemanes trasladaron frenéticamente las escasas fuerzas disponibles de un lado a otro a lo largo de rutas laterales para reforzar los sectores amenazados, mientras que otras unidades inten- taban retirarse de la trampa.
En el sur, un movimiento de pinzas similar fue intentado contra el Segundo Ejército Panzer de Guderian. El Grupo de Caballería-Mecanizado de Belov aisló inmediatamente a los elementos de vanguardia alemanes cerca de la punta del saliente de Venev, mientras que un ataque del 50 Ejército de Boldin en Tula rebasó a un batallón del Regimiento de elite Grossdeutschland. Des- de el primer día del contraataque soviético, Guderian comenzó a retirarse hacia la línea del río Don, al sudeste de Tula, ya que su línea de comunicaciones estaba amenazada por Belov. Bata- llones de esquiadores soviéticos acosaron la retirada alemana en la nieve, pero las fuerzas prin- cipales soviéticas eran demasiado débiles e inmóviles para rodear completamente el saliente antes de que los alemanes escaparan. Los renovados ataques del 11 de diciembre no fueron a ninguna parte ya que el 50 Ejército había sido severamente debilitado en hombres y equipa- miento tras el anterior cerco de Briansk y las batallas en torno a Tula. Los ataques soviéticos en el norte fueron también no concluyentes, aunque varias divisiones de retaguardia alemanas fue- ron aisladas en ambas pinzas. La única gran victoria fue el cerco y destrucción del XXXIV Cuerpo Alemán cerca de Elets, en el flanco sur de Guderian.
Estas acometidas soviéticas reforzaron la crisis en curso en los círculos de mando alemán, lle- vando a la luz la antigua desconfianza de Hitler en sus comandantes superiores. El primer acto comenzó en el sur el 29 de noviembre, cuando la División SS Leibstandarte Adolf Hitler se retiró de Rostov bajo la presión soviética. Por el momento, el dictador intentó revocar esta deci- sión, los elementos de vanguardia del Primer Ejército Panzer habían comenzado una retirada general hacia una línea más defendible a lo largo del río Mius. El Comandante del Grupo de Ejércitos Sur, Gerd von Rundstedt, insistió en que esta retirada era esencial y solicitó que fuera relevado al menos que se le permitiera continuar. Hitler le tomó la palabra el 1 de diciembre, solamente para ser forzado al día siguiente a aprobar la retirada que von Rundstedt había de- mandado.
El 16 de diciembre, la contraofensiva soviética en Moscú había obligado al Comandante del Grupo de Ejércitos Centro, von Bock, a realizar una petición similar para autorizar a retirarse y ajustar posiciones según fueran necesarias. Posteriormente en esa noche, el Mariscal de Campo Walter von Brauchitsch, jefe del OKH, y el General Halder, jefe del Estado Mayor, explicó la situación a Hitler, quien insistió que una retirada general estaba fuera de toda cuestión. El 18 de diciembre, von Bock entregó su mando al Mariscal de Campo von Kluge, ostensiblemente debi- do a su genuina salud enfermiza. Hitler prohibió grandes retiradas adicionales, ordenando al Grupo de Ejércitos Centro que utilizara “una resistencia fanática” para detener la marea hasta que los refuerzos pudieran llegar. Al día siguiente, un Hitler disgustado aceptó la renuncia de von Brauchitsch y personalmente asumió el mando del ejército. Él le dijo a Halder que el ejérci- to debería emular la positiva y entusiasta planteamiento de la Luftwaffe, y prohibió cualquier preparación o debate de “posiciones de retaguardia” en el caso de una penetración soviética. Heinz Guderian fue la siguiente víctima. Como muchos comandantes de campo antes de di- ciembre de 1941 y después de eso, él estaba convencido que los cuarteles generales superiores estaban desconectados de la gravedad real de la situación. A lo largo de diciembre, él había utilizado al ayudante personal de Hitler y a otros conocidos como canales de puerta trasera para expresar sus preocupaciones a Hitler y al OKH. El 14 de diciembre, uno de los últimos actos de von Brauchitsch como comandante del Ejército había sido colocar al Segundo Ejército bajo el control del Segundo Ejército Panzer y a autorizar a Guderian a retirarse mientras sostenía Orel. Ordenado aguantar firme, Guderian voló a Rastenburg el 20 diciembre para explicar su desespe- rada situación a Hitler. Aunque el relato del general de esta conversación naturalmente es par- cial, él indudablemente insistió en que sus fuerzas carecían de vestimenta, equipamiento y refu- gios, y necesitaban retirarse a líneas más defendibles. El día de Navidad, tras una discusión sin sentido con su nuevo comandante de grupo de ejércitos, von Kluge, Guderian a su vez se encon- tró relevado.