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(duì)，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(dǎo)你們，徹底粉碎德國侵略者！消滅德國占領(lǐng)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(fēng)"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(jìn)攻。

11月15日清晨，德軍第3、4坦克集團(tuán)軍開始向克林進(jìn)攻，企圖從北面包抄莫斯科；德軍第2坦克集團(tuán)軍向圖拉進(jìn)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(shí)配合正面進(jìn)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(qiáng)。蘇軍第316步兵師的一個(gè)戰(zhàn)斗小組表現(xiàn)尤為感人。11月16日清晨，這個(gè)小組在杜波塞科沃附近，堅(jiān)守一個(gè)通往莫斯科的公路道口。經(jīng)過4個(gè)多小時(shí)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(dǎo)員克羅奇科夫激勵(lì)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(lǐng)了克林。11月27日，德軍推進(jìn)到距離莫斯科只有24公里的伊斯特臘。當(dāng)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(yùn)河。莫斯科已經(jīng)處于德軍的炮火射程之內(nèi)，德軍用望遠(yuǎn)鏡依稀可以看見克里姆林宮的頂尖。

值此危急關(guān)頭，蘇軍連夜抽調(diào)增援部隊(duì)，奮勇迎敵，向德軍發(fā)起了快速反突擊，不惜代價(jià)將德軍迅速趕回了運(yùn)河西岸。11月底至12月初，蘇軍第1突擊集團(tuán)軍和重組的第20、10、30集團(tuán)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(tuán)軍群司令包克元帥向德軍參謀部報(bào)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(zhuǎn)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(jī)近1500架。德軍士氣嚴(yán)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(jì)劃在2個(gè)之內(nèi)消滅蘇聯(lián)，所以德軍對冬季作戰(zhàn)毫無準(zhǔn)備。在冰天雪地的莫斯科荒郊，德軍沒有冬衣，沒有防寒設(shè)備，坦克和汽車的水箱在嚴(yán)寒中凍裂，馬達(dá)難以發(fā)動，武器上的光學(xué)窺鏡失去作用。同時(shí)，德軍的裝備也消耗了30%左右，而后勤補(bǔ)給卻更加困難；中路德軍每天需要31火車皮的給養(yǎng)，實(shí)際上只能得到16車皮。德軍飛機(jī)無處著陸，被迫在結(jié)冰的湖面上進(jìn)行一些驚險(xiǎn)的降落。

可是，希特勒卻頑固不化，擔(dān)心任何一點(diǎn)撤退都可能渙散軍心，導(dǎo)致全線崩潰，堅(jiān)決不準(zhǔn)許德軍后撤。同時(shí)，希特勒把德軍高級將領(lǐng)當(dāng)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(lǐng)撤職。12月8日，希特勒簽署了在蘇德戰(zhàn)場全線轉(zhuǎn)入防御的訓(xùn)令。12月19日，希特勒撤了陸軍總司令布勞希奇的職務(wù)，親自擔(dān)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(dá)了死命令：不準(zhǔn)撤退，堅(jiān)決死守，直到最后一兵一卒，一槍一彈為止。

針對德軍進(jìn)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(gè)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(xiǎn)，改善了列寧格勒的處境，解放了60多座城市和1.1萬多個(gè)居民地，收復(fù)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(gè)冬季戰(zhàn)役中，德國大約50個(gè)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。