方面军中央的各集团军预定在12月4日深夜至5日凌晨开始进攻，以达到钳制当面敌军，阻止德军从这里调走部队的有限目标。作为这次反攻的先决条件，必须阻住莫斯科西北和卡希拉方向上敌人的推进。
11月30日当天，朱可夫向最高统帅部报告了他的作战计划。斯大林未作任何改变便批准了。接着是朱可夫向他的部队分配任务。
B·N·库兹涅佐夫中将指挥的第1突击集团军，在消灭了突破到莫斯科伏尔加运河的德军以后，在德米特罗夫一亚赫罗马地区展开。在第20和第30集团军协同下，向克林方向实施突击，尔后向捷里亚耶沃斯洛博达的总方向进攻。
第30集团军的任务是打垮罗加切夫和博尔谢沃地区的敌人，协同第1突击集团军夺取雷谢特尼科沃和克林，并进而向科斯特利亚科沃和洛托施带进攻。
第20集团军从红波利亚纳一自拉斯特地区出发，与第五突击集团军和第16集团军协同，向索尔涅奇诺戈尔斯克总方向实施突击，从南面夺取该城。尔后向沃洛科拉姆斯克实施突击。此外，第16集团军右翼向克留科沃推进，尔后向伊斯特拉方向突击。
在图拉地区进行防御的第50集团军，奉命向博洛雷沃一谢基诺方向进攻，尔后依据情况行动。别洛夫的战役集群从莫尔德韦斯出发，在第10和第50集团军民合下向韦涅夫实施突击，尔后向斯大林诺哥尔斯克（新莫斯科斯克）和迭迪诺沃突击。
部署在谢烈布良内耶普鲁德一米海伊洛夫一线的第10集团军，将进攻乌兹洛瓦亚和博哥罗迭次克，尔后继续向乌帕河以南进攻。就这样，最高统帅部提供的新部队投入了对德军〃北方〃和〃南方〃集团各兵团的作战。
正在战线中部进行防御的西方方面军的四个集团军，即第5、第33、第43和第49集团军，被赋予的任务是钳制德军，使其无法自由调动，因为苏军这四个集团军严重缺员，无法执行更有决定意义的行动。
朱可夫写道：
记不清是哪一天了，我想大概是12月2日上午，斯大林在电话上问我：〃方百军司令部对敌人及其战斗力怎样估计？〃
我回答说敌人已经到了精疲力尽的地步，显然它没有预备队来加强它的突击集团了。没有预备队，希特勒的军队就无法发动进攻。最高统帅说：〃好吧，我还要再给你打电话。〃我意识到最高统帅部正在考虑我军下一步的行动。
过了大约一小时，最高统帅又打来电话，询问方面军今后几天的计划是什么。我报告说方面军的部队正在进行准备，以便按照已获批准的计划发动反攻。
12月2日，斯大林在跟朱可夫通话时说，已命令加里宁方面军和西南方面军的右翼支接朱可夫的西方方面军，打算让所有这些大部队同时发动突击。
两天以后，即在12月4日晚，斯大林再次与朱可夫通话，问他。〃除去已经给了你们的，方面军还需要什么？〃
朱可夫意识到再要求大量增加新部队，时间已来不及了。所以他认为，最重要的是得到最高统帅部预备队和国土防空军司令部的空中支援。他认为，要迅速扩大突击的战果，至少必须有二百辆配有乘员的坦克，而西方方面军只有有限数量的坦克。
〃没有坦克，不能给你们，〃斯大林回答说，〃航空兵可以。我立刻打电话给总参。请注意，12月5日加里宁方面军将转入进攻，12月6日西南方面军的右翼战役集群将从耶列次地区发动进攻。〃
朱可夫后来说，11月底和12月初，苏军组织这次作战的时候，没有想到他们正在发动的反攻后来发展成那样大的规模。朱可夫写道；〃据我的记忆，没有对这次反攻特地发布过命令或指令……莫斯科附近的这次反攻并非象在斯大林格勒那样，有一个明确规定的开始日期。〃定于11月30日发动的反击，其目标是有限的，即向北突击大约三十七英里，向南突击大约六十二英里。但是很快就查明敌人已十分虚弱，既不能继续进攻，也不能组织坚固的防御。因此，当德军在方面军右翼，特别是在方面军左翼撤退的时候，朱可夫下令加紧进攻。12月6日凌晨，莫斯科大反攻开始了。
朱可夫对这次作战的描述是准确的，看来对于当时的局势（至少在开始阶段，局势仍是极微妙的）作出了诚实的估价。
12月6日，在经过集中的空袭和炮火准备之后，朱可夫的西方方面军的部队从莫斯科南北两面开始采取行动。随着战斗的进展，证明主动权掌握在如今已是士气高昂的俄国人手里。这时，早一天发动进攻的加里宁方面的部队已经在加里宁以南楔入敌军防御。
加里宁方向的攻势起初是成功的，但由于冬季道路无法通行和兵力不占绝对优势而受阻。西方方面军右翼向敌人施加了强大压力，大有分隔并合围从克林到索尔涅奇诺戈尔斯克的德军集团之势。
苏军对克林的进攻，迫使德军指挥部开始从邻近地段调兵增援，但他们这样做，反而便利了红军向索尔涅奇诺戈尔斯克、红波利亚纳和伊斯特拉的进攻。
12月13日日终，德军在克林和索尔涅奇诺戈尔斯克地区的抵抗被粉碎，丢下大炮和车辆向后退却。沿着积雪覆盖的道路向西退却的德军部队，遭到苏军飞行员的轰炸，损失惨重。
12月12日，即在这次反攻开始后不到一个星期，库利尔·D·卡利诺夫在方面军司令部会见了朱可夫。他写道。
朱可夫给人的印象是，他已经疲劳到了极点。他两眼布满了血丝，深陷到眼窝里。他瞌睡得似乎挺不住了，他的声音听起来是嘶哑的。他仍然凭着他的非凡的毅力坚持着。在他面前，桌上放着好几杯酽茶——酽得发黑。他喜欢喝茶，而且喝得过多。①
①库利尔·卡利诺夫著《苏联元帅们拥有发言权》，第159页。——原书注
朱可夫并没有疲倦到无法指挥部队的程度。他仍然保持着他在哈勒欣河和列宁格勒完成艰巨任务的那种精力和坚强意志。可是，卡利诺夫注意到，他对有些下级人员几乎失去耐心。他写道：
他把指挥权牢牢掌握在自己手中。我在场的时候，他在电话上跟别洛夫将军做过一次谈话。别洛夫有着顿河哥萨克那种倔强脾气，有一种无论什么事儿总喜欢自己作主，而不去询问上级司令部意见的倾向'当时别洛夫指挥的南部预备队集群，编成内有两个哥萨克骑兵师和近卫第1师。12月16日到18日，他打垮了德军坦克第17师、步兵第28、第29和第30师，解放了斯大林诺哥尔斯克和韦涅夫……
别洛夫相当有威望，而且很受斯大林器重。可是朱可夫不管这些，照样毫不客气地向他说出自己的意见。〃我命令你一刻钟之内到我这儿来。〃他冲着话筒咆哮着，〃你不能来？……为什么不能来？这个我不管，我命令你到这儿来！……什么？……你要是不来'我关你的禁闭……，你听懂了吗？〃
别洛夫准时赶到，会见了朱可夫。
同时，哈尔德的日记反映出越来越多的悲观情绪。12月12日，哈尔德在电话上同冯·柏克元帅讨论了当天发生的事态。嗣后，哈尔德在日记中隐晦地写道：
〃战局已进入十分危急的阶段。第134师和第45师不再能够继续作战了。没有补给品。对图拉和库尔斯克之间地段的控制垮掉了。集团军群的命令规定分阶段地后退到图拉——诺沃西尔季姆一线。〃哈尔德指出，在北方，积雪封锁了铁路线，阻碍了补给品的运输和部队的调动。
与此相反，朱可夫却在向斯大林报告好消息。朱可夫写道：〃1941年12月6日，在前几次战斗中已使敌人精疲力尽的方面军的部队，对敌两翼之突击集团发动了决定性反攻。经过这次攻势，这两个突击集团均被击败，丢下武器装备仓皇退却，遭到了巨大损失。〃
12月13日，苏联新闻局宣布，德军要包围俄国首都的企囹已经失败。苏联报纸还刊登了赢得莫斯科会战胜利的红军将领们的照片。他们是朱可夫、列柳申科、库兹涅佐夫、罗科索夫斯基、戈沃罗夫、鲍尔金、Q·N·戈利科夫、别洛夫和A·A·弗拉索夫。朱可夫的一张大照片爱在中央，周围是其他将领的较小的照片。
从朱可夫12月13日到24日发出的指令看，他的下一步的战役目标是使右翼前出到祖布卓夫一格查次克一线，使左翼前出到波洛特尼亚内伊扎沃德…科泽尔斯克一线。这个计划把方面军中央各部队构成后方梯队，配置在莫扎伊斯克一马洛亚罗斯拉维茨一线，其目的是要造成以方面军左右两翼合围德军中央集团军群各主力兵团的局面。朱可夫在其回忆录中解释说，西方方面军中央的各集团军（第33、第43和第49集团军）没有参加反突击，而且在随后的反攻中进展缓慢，因为为了增援两翼，它们的兵力大都已被调走。只是在德军开始向鲁扎河和拉马河仓皇退却时，朱可夫才命令这三个集团军向前推进。
朱可夫还巧妙地使用了方面军的空军，因而使德军在这场战争中第一次失去了空中优势。可供使用的苏军飞机，有四分之三用于支援方面军右翼部队的作战行动，而其余的飞机（包括最高统帅部配属给西方方面军的三个空军师）都用来援助别洛夫将军的骑兵部队以及第10和第50集团军。方面军空军指挥所，同设在佩尔加什科沃的朱可夫的司令部在一起，有助于保持紧密协调和控制。
朱可夫在他的回忆录中透露了他的领导方法，和他为确保牢固地不间断地控制他的部队而采取的一套做法。有时候，他的方法是非正统的，是同苏军战术实践相反的。例如，他为把他的司令部所在地设在靠近前线的地方而辩护。他虽然承认这种做法是违背公认的安全准则的，但他认为最优先的考虑是同他的下属保持经常不断的密切联系。
西方方面军靠近首都，这对朱