Каким же было ответное решение верховного германского командования? В ставке Гитлера все были ошеломлены внезапным контрнаступлением русских на всем центральном фронте. Гитлер не хотел верить донесениям штаба сухопутных войск и штаба группы «Центр». Он считал все эти сообщения преувеличением перепугавшихся генералов. По свидетельству его окружения, он был настолько поражен неожиданным оборотом событий, что не мог даже воспринять саму мысль о том, что почти побежденные русские вдруг оказались сильнее. На срочном совещании 6 декабря он раздраженно выплеснул свои сомнения руководителям вермахта: «Даже если вооруженные силы потеряли 25 % своего состава, все равно русские… понесли значительно большие потери в боевом составе, и если наши дивизии удерживают участки в 30 км по фронту, это свидетельствует о недостаточной силе противника».
Но в высшем немецком штабе находились и те, кто не мог не видеть катастрофичность положения группы армий «Центр». В дневнике Гальдера читаем: «Самым ужасным является то, что верховное командование не понимает состояние наших войск и занимается латанием заплат, в то время как делу может помочь только принятие принципиальных решений. Одним из решений такого рода должно быть решение об отводе войск группы армий „Центр“ на рубеж Руза — Осташков».
8 декабря Гитлер отдал приказ о стратегической обороне. Но и в нем он оценивал успехи русских как временные, обусловленные их большей приспособленностью к зиме. Поражение немецких войск Гитлер упорно считал случайностью, отмечая в приказе, что войска русских худшие, уступают по численности и «что бои такого рода выигрываются в первую очередь крепостью нервов и это касается главным образом командования. Русские в данном случае доказали крепость нервов». Далее немецким войскам приказывалось «не делать ни шагу назад с прежних позиций», отходить только в случае отсутствия боеприпасов.
Таковы решения верховного гитлеровского командования, принимавшиеся в крайне нервозной атмосфере под впечатлением внезапно рухнувших планов. Генералы приказывали частям сражаться до последнего, но наиболее опытные из них осознавали тупиковость и гибельность для войск гитлеровских решений. Поражает безнадежностью и мрачностью оценка ситуации самим фон Боком. Он считал, что в создавшейся обстановке было «бессмысленно требовать от войск не делать ни шагу назад. Фактически для группы армий „Центр“ оказалось невозможным как отступление, так и ведение сдерживающих боев, ибо и то и другое вело к большим людским потерям». Невольно напрашивается мысль: при такой оценке и настроении полководцы обычно капитулируют. Сломленного фон Бока Гитлер позже отстранит от командования.
Советское контрнаступление успешно развивалось на флангах и в центре. Для прорывов фронта противника и преследования создавались ударные оперативные подвижные группы в составе танковых и кавалерийских соединений. На левом крыле группа Ф. Костенко и 13-я армия Юго-Западного фронта 13 декабря ворвались в Елец, а 16 декабря окружили и уничтожили основные силы 34-го корпуса немцев и сковали часть сил 2-й танковой армии Гудериана. Одновременно 10-я и 50-я армии Западного нанесли удар с севера, а группа Белова (1-й кавкорпус и танковая дивизия Гетмана) ворвались в Сталиногорск. 13 декабря части 10-й армии взяли Епифань. Немецкая 2-я танковая армия, охваченная с флангов севернее и южнее Тулы, попала в мешок, ее дивизии понесли большие потери, и Гудериан поспешил выскочить из мешка и устремился прочь от Москвы, бросая тяжелое оружие, автомашины, танки и тягачи. Он так и не выполнил свой план обхода Москвы с юга.
За десять дней наступления армии левого крыла продвинулись на 130 км, сняли осаду Тулы и вышли на линию Старица — Малоярославец — Калуга. Из Калуги 10-я армия выбила немцев 30 декабря 1941 года.