Первый успех пришел к советским войскам на юге, где они 29 ноября отбили Ростов и отбросили неприятеля за реку Миус. А 5–6 декабря в контрнаступление перешли армии Калининского и Западного фронтов на московском направлении. Ценой огромных потерь они отбросили немцев к началу января 1942 года на 100–150 км от Москвы. Потери были просто потрясающими. Например, средние ежедневные потери 323-й дивизии 10-й армии Западного фронта в ходе наступательных боев 15–17 декабря 1941 года составили 560 убитыми и пропавшими без вести. Для сравнения: вся германская Восточная армия, насчитывавшая 150 дивизий, во второй половине декабря 41-го теряла в среднем в день убитыми и пленными лишь немногим больше – 681 человека. Бойцы бросались в сражение плохо обученными и вооруженными, а командиры не имели навыков управления войсками в современном бою. Окружить группу армий «Центр», как планировал главнокомандующий войсками западного направления Жуков, не удалось. Немцы смогли удержать ржевско-вяземский плацдарм, с которого угрожали Москве. Двигавшаяся на Вязьму ударная группа 33-й армии сама попала в окружение и в апреле 1942 года была почти полностью уничтожена. К концу этого месяца наступление советских войск на западном направлении окончательно остановилось.
Под Ленинградом Красная Армия в декабре 41-го выбила немцев из Тихвина, сорвав их планы по созданию второго кольца блокады и установлению контроля над побережьем Ладожского озера. По льду озера проходила «Дорога жизни» к осажденному городу. Однако деблокировать Ленинград на этот раз не удалось. В Крыму части 44-й и 51-й армий в конце декабря высадились на Керченском полуострове, освободили Керчь и попытались прорваться к Севастополю. Но наступление не имело успеха. Однако 11-я немецкая армия под командованием Манштейна вынуждена была прекратить штурм главной базы Черноморского флота, чтобы удержать фронт на Керченском полуострове.
Неудача завершающего этапа первой кампании в России побудила Гитлера 19 декабря принять на себя командование германскими сухопутными силами. Он сместил главкома фельдмаршала Браухича и командующих всеми тремя группами армий. Фюрер отдал «стоп-приказ», категорически запрещающий несанкционированный отход. Блюментрит утверждал: «Гитлер инстинктивно понял, что любое отступление по снегам и льду через несколько дней приведет к распаду всего немецкого фронта… Дивизии не разрешалось отступать больше чем на 5—10 километров за одну ночь. Большего и нельзя было требовать от войск и гужевого транспорта в тех невероятно тяжелых условиях. Так как все дороги были занесены снегом, отступать приходилось по открытой местности». В конце концов, немцам под Москвой, как ранее Жукову в октябре, путем применения жестких мер удалось добиться стабилизации фронта.