Pertempuran Moskwa
Pembangunan pertahanan Soviet di depan kota Moskwa sendiri dilakukan secara tergesa-gesa. Pemimpin Soviet mengirim ribuan sukarelawan dan rekrutmen ke medan perang, bahkan termasuk diantaranya batalyon wanita langsung menuju senapan mesin. Di front Moskwa-lah istilah Panfilovic menjadi istilah terkenal, mengambil nama dari duapuluh delapan anak buah Mayjen. I.V. Panfilov, komandan Divisi Senapan Ke 316, yang hampir seluruhnya tewas namun berhasil menghancurkan 18 buah tank Jerman. Hanya sedikit tentara Soviet yang selamat dalam pertempuran itu, tentu dengan meninggalkan korban tentara Jerman yang tidak sedikit pula.
Pertempuran Moskwa
Pada 5 Desember 1941, setelah melihat gerak lambat pasukan Jerman dan mulai melemahnya semangat tempur mereka, Marsekal Zhukov kemudian melancarkan serangan balik terbesar terhadap tentara Jerman. Serangan balik dilakukan di semua sektor garis depan Moskwa pada tanggal 6 Desember 1941. Sepanjang musim gugur, Zhukov secara diam-diam memindahkan tentara Soviet dari Divisi Siberia yang masih segar dan bersenjata lengkap untuk mempertahankan Moskwa. Penggunaan Divisi Siberia ini berdasarkan logika bahwa orang Siberia adalah orang yang tahan, atau setidaknya, bisa bertahan dalam cuaca dingin. Keberadaan pasukan ini sengaja ditahan sampai tiba saatnya dilepas untuk melakukan serangan pada tanggal yang telah ditentukan. Zhukov mengandalkan informasi dari Richard Sorge, seorang spion Soviet yang mengatakan bahwa Jepang tidak akan menyerang Uni Soviet. Informasi ini dipercaya, karena sebelumnya Sorge pernah memberikan informasi tepat mengenai invasi Jerman ke Uni Soviet (Operasi Barbarossa). Disaat tentara Jerman sudah terlalu dekat dengan pusat kota Moskwa, Zhukov langsung memerintahkan divisi Siberia tersebut untuk menghadapi Jerman. Divisi tersebut yang dilengkapi dengan tank T-34 dan peluncur roket Katyusha baru serta telah siap dengan musim dingin berhasil memukul mundur pasukan Jerman yang telah kehabisan tenaga, lelah dan mengalami demoralisasi akibat musim dingin dan terlalu lama di medan perang. Pasukan Jerman dalam serangan tersebut berhasil dipukul mundur hingga 100 sampai 250 kilometer dari kota Moskwa pada tanggal 7 Januari 1942.