5 декабря 1941 года после тяжёлых оборонительных боёв, продолжавшихся более двух месяцев, по всему фронту под Москвой Красная армия перешла в контрнаступление. Оно завершилось в апреле 1942 года разгромом ударных группировок войск группы армий «Центр» – первым с 1 сентября 1939 года крупным поражением вермахта, изменившим ход Второй мировой войны.

Московская битва началась 30 сентября 1941 года с германского наступления на брянском направлении, за которым последовало наступление 2 октября на вяземском направлении в рамках операции «Тайфун». К 7 октября вермахт прорвал оборону советских войск и окружил четыре армии Западного и Резервного фронтов. Тяжёлые бои шли в 80-100 км от столицы. 15 октября 1941 года Государственный комитет обороны СССР издал постановление № 801сс «Об эвакуации столицы СССР г. Москвы», а с 20 октября постановлением ГКО СССР № 813 в Москве и прилегающих к городу районах было введено осадное положение.

Несмотря на первоначальный успех, достигнутый за счёт превосходства в живой силе и технике, а также стремительности натиска, дальнейшее наступление немецких войск было сковано упорным сопротивлением Красной армии, проявленным в том числе на Можайской линии обороны – главном оборонительном рубеже на подступах к советской столице. В условиях тяжёлых боёв на фронте 7 ноября на Красной площади прошёл военный парад, посвящённый XXIV годовщине Октябрьской революции. Он не только укрепил боевой дух защитников Москвы, но и продемонстрировал всему миру стойкость и мужество советского народа.

Стремясь овладеть Москвой до начала зимы, 15 ноября германское командование возобновило наступление, однако постепенно инициатива стала переходить к Красной армии, нанёсшей контрудары по южной и северной группировкам вермахта 27 ноября в районе Каширы и 29 ноября севернее Москвы. В начале декабря начали теснить врага части 1-й ударной, 16-й и 20-й армий в районах Яхромы, Красной Поляны и Крюкова. Обескровленный и морально надломленный в изнурительных боях противник был вынужден оставить последнюю попытку прорваться к Москве.

Сложились благоприятные обстоятельства для перехода Красной армии в контрнаступление. При подготовке к нему Ставка Верховного главнокомандования (ВГК) провела две воздушные операции, завоевав оперативное господство в воздухе, а также пополнила войска Западного фронта, объединённого 10 октября с Резервным фронтом. Тем не менее, противник по-прежнему обладал численным преимуществом в живой силе и технике, уступая лишь в авиации в 1,6 раза.

Контрнаступление началось 5-6 декабря 1941 года в непростых погодных условиях: при сильном морозе и глубоком снежном покрове. К 7 декабря советские войска отбросили немецкие ударные фланговые группировки, подошедшие к Москве с севера и юга, на 100-250 км. Стремясь развить успех, в начале января 1942 года Ставка ВГК поставила перед соединениями западного стратегического направления задачу окружить и разгромить группу армий «Центр». Красная армия глубоко вклинилась в немецкую оборону на стыке групп армий «Центр» и «Север», однако недостаток сил и средств, а также отсутствие достаточного опыта в ведении наступательных действий подобного масштаба не позволили выполнить эту задачу. 20 апреля 1942 года войска западного направления закрепились на рубеже Ржев – Гжатск – Киров – Жиздра.

В ходе контрнаступления под Москвой советские войска нанесли вооружённым силам Германии первое крупное поражение с начала Второй мировой войны, отбросив врага на запад на 150-400 км и освободив Московскую, Тульскую и Рязанскую области, а также часть Калининской, Смоленской и Орловской областей. Боевые действия шли на огромном пространстве, равном примерно территории Франции. Однако успех был достигнут большой ценой: потери Красной армии составили около 937 тысяч человек убитыми и около 899 тысяч ранеными. Потери противника по официальным оценкам составили от 500 до 700 тысяч человек убитыми, ранеными и пропавшими без вести.

Первая крупная победа Красной армии с начала Великой Отечественной войны имела большое моральное, стратегическое, военно-политическое и международное значение. В сознании солдат и гражданского населения произошёл психологический перелом: укрепилась вера в победу, рухнул миф о непобедимости немецкой армии. Крах плана молниеносной войны «Барбаросса» породил сомнения в успешном исходе войны как у германского военно-политического руководства, так и у простых немцев. Под впечатлением от успеха советских войск Япония и Турция решили воздержаться от вступления в войну на стороне Германии. Победа под Москвой способствовала улучшению международного положения СССР и укреплению антигитлеровской коалиции.