20-я армия, перешедшая к наступательным действиям 3 декабря 1941 года, вела ожесточенное сражение с немецкими войсками, засевшими в Красной Поляне. Она отвлекала на себя силы 2-й танковой и 106-й пехотной дивизий немцев. 8 декабря после освобождения Красной Поляны части 20-й армии начали продвижение вперед. Они уничтожили немецкие гарнизоны в Белом Расте и Никольском. 10 декабря 20-я армия вышла к Ленинградскому шоссе у Солнечногорска. 64-я стрелковая и 24-я танковая бригады обошли Солнечногорск с севера, а 35-я стрелковая и 31-я танковая бригады – с юга. После двух дней боев Солнечногорск был освобожден. К концу дня 12 декабря 20-я армия вышла на рубеж Стрелино – Обухово, продвинувшись на 25 километров. Задача 20-й армии по дальнейшему продвижению вперед к этому времени существенно облегчилась, так как немецкое командование было вынуждено перебросить 2-ю танковую дивизию 5-го армейского корпуса под Клин.
Наступление 16-й армии проходило примерно в том же темпе, что и 20-й. К 8 декабря 16-я армия освободила Крюково, а 7-я гвардейская и 354-я стрелковые дивизии выбили части 35-й пехотной и 11-й танковой дивизий немцев из Льялово. 9-я гвардейская стрелковая дивизия А. П. Белобородова в районе Рождествено встретила упорное сопротивление немецкой моторизованной дивизии СС «Рейх», на помощь которой подошли части доукомплектованной 10-й танковой дивизии, брошенной немецким командованием в район предполагаемого прорыва. Это был последний резерв 4-й немецкой танковой группы. Группа А. П. Белобородова к 10 декабря сумела сломить сопротивление противника и подошла к Истре, а 11 декабря овладела городом.
18-я стрелковая дивизия, поддержанная 282-м стрелковым полком из резерва фронта, отбросила немецкую 5-ю танковую дивизию с рубежа Баранцево – Дедово – Талызино на запад. По состоянию на 12 декабря наступавшие войска 16-й и 20-й армий вышли на рубеж Стрелино – восточный берег Истринского водохранилища – восточный берег реки Истры.
Рубеж по восточному берегу Истринского водохранилища считался немцами неприступным, и уцелевшие части 4-й танковой группы заняли оборону вдоль этого рубежа.
В районе водохранилища и по реке Истре сосредоточились 11-я, 5-я и 10-я танковые дивизии и моторизованная дивизия СС «Рейх»… Фронтальный штурм этого рубежа мог привести к большим потерям.
Но к этому времени вступил в действие замысел К. К. Рокоссовского об обходе немецких позиций у водохранилища с севера и с юга от него.
Группа Ф. Т. Ремизова совместно с 20-й армией, обойдя Истринское водохранилище с севера, начала выходить в тыл немецкого оборонительного рубежа. Группа М. Е. Катукова, с 13 декабря стремительно продвигавшаяся от Павловской Слободы по направлению к Новопетровскому, обходила немецкие войска с юга.
Немцы дрогнули и постепенно начиная с 11 декабря начали отводить свои основные силы на западный берег Истринского водохранилища, чем облегчили задачу по форсированию водного рубежа Истринского водохранилища и реки Истры частями 18-й стрелковой дивизии и группы А. П. Белобородова.
Немцы пытались любой ценой оторваться от преследовавших их войск 16-й армии. Поэтому, несмотря на отвод своих основных сил с позиций вдоль водохранилища, их оборону продолжали удерживать арьергардные части танковых дивизий, не давая возможности группе А. П. Белобородова и 18-й стрелковой дивизии форсировать Истру.
Для этого они взорвали все переправы и открыли шлюзы водохранилища. Однако благодаря самоотверженным усилиям саперных подразделений войскам 16-й армии удалось переправиться на западный берег реки Истры и водохранилища и возобновить преследование отходящего противника.
К 16 декабря 1941 года 18-я стрелковая и 9-я гвардейская стрелковая дивизии вышли на рубеж Новопетровское – Румянцево – Ядромино и устремились на юго-запад.
20-я армия, наступавшая по северному берегу реки Нудоль, преодолела сопротивление 11-й танковой, 106-й и 35-й немецких пехотных дивизий к 16 декабря 1941 года и вышла в район Нудоль – Шарино.
Контрнаступление на участке фронта 5-й армии, начавшееся 6 декабря 1941 года, развивалось слабо. К 7 декабря 108-й и 144-й стрелковым дивизиям удалось продвинуться всего на 4–6 километров; враг ожесточенно сопротивлялся, и 9 декабря продвижение 5-й армии приостановилось на рубеже Борисково – Славково – Кезьмино – Ершово – Скоково.
Командующий 5-й армией Л. А. Говоров, используя полученное пополнение, сконцентрировал в центре своего участка четыре стрелковые дивизии – 19-ю, 329-ю, 50-ю и 336-ю – и решил атаковать противника на рубеже Рязань – Васильевское.
Созданная группировка 11 декабря перешла в наступление по направлению на Колюбакино – Горбово. Части правого фланга 5-й армии содействовали продвижению вперед 16-й армии у Истры, атакуя противника у Лучинского.
11 и 12 декабря войска 5-й армии отбросили 252-ю, 87-ю и 78-ю немецкие пехотные дивизии на рубеж Вельяминово – Колюбакино – Артюхино. 13 декабря 5-я армия вышла на рубеж Давыдовское – Сурмино – Ивашково – Локотня – Апалыщино – Игнатьево.
На стыке 19-й и 329-й стрелковых дивизий между Локотней и Колюбакино в тыл к противнику вышла 2-я гвардейская кавалерийская дивизия, наступавшая в направлении на Онуфриево.
Теснимые с фронта и атакованные с тыла конницей Л. М. Доватора, 252-я, 87-я и 78-я немецкие пехотные дивизии начали паническое отступление в западном направлении.
Неожиданное появление советских кавалерийских частей в тылу немецких пехотных дивизий стало драмой для многих немецких солдат и офицеров отступающего 9-го армейского корпуса.
Первый удар 2-й гвардейский кавалерийский корпус нанес по арьергардам 267-й и 255-й немецких пехотных дивизий, которые не смогли остановить прорыв частей Л. М. Доватора. В районе Локотни 13 декабря было уничтожено немецкое артиллерийское подразделение 78-й пехотной дивизии. Неожиданным ударам кавалерийского корпуса подверглись 87-я и 252-я пехотные дивизии, вынужденные срочно отводить свои полки на рубеж реки Рузы.
Рейд корпуса Л. М. Доватора позволил сначала окружить, а затем и отбросить немецкие пехотные дивизии на 40 километров от ранее занимаемых ими позиций под Истрой, Звенигородом и Полушкино. 15 декабря 2-й гвардейский кавалерийский корпус, нанося удары по отходящему противнику, вышел к Сафонихе, Шейно и Петрово. Только поспешное бегство спасло немецкие части от полного уничтожения между Рузой и Локотней.
Успешное продвижение 5-й армии вынудило немецкое командование срочно перебросить на оборонительные рубежи по реке Рузе 3-ю моторизованную дивизию 57-го танкового корпуса и 20-ю танковую дивизию из резерва 4-й армии. Оборонительный рубеж по реке Рузе срочно заняла в полном составе 255-я пехотная дивизия.
Рубежи, на которых наносились удары по немецким пехотным дивизиям 9-го армейского корпуса, показаны на схеме 43.
За шесть дней боев войсками 5-й армии противник был отброшен на 80 километров от Москвы.
Контрнаступление 5-й армии Л. А. Говорова сорвало планы командира 9-го армейского корпуса по захвату Голицына, который он намеревался осуществить, накапливая части 87-й пехотной дивизии у места впадения реки Истры в реку Москву.