Выход Финляндии из войны поставил ГрА "Север" в очень сложное положение, Советские войска деблокировали Ленинград и начали наступление. Немцы откатились на линию Новгород-Нарва и пришлось отправить им на помощь из ГрА "Центр" 3-ю танковую группу. Поэтому с конца ноября 4 и 9 армии прекратили наступление на Москву, а 4-ю танковую группу отвели в резерв. Было принято решение готовить оборону по линии "Кёнигсберг" — Калинин, Волоколамск, Наро-Фоминск, бои продолжала только 2-я танковая группа, пытаясь захватить Тулу. Советское командование, осознав такой факт, решило перейти в контрнаступление под Москвой и сокрушить германские войска на фронте от Калинина до Брянска. Кроме этого, 7 декабря Ставка ВГК поставила перед командованием Закавказского фронта задачу в двухнедельный срок подготовить и провести десантную операцию для овладения Керченским полуостровом, деблокировать Севастополь и разгромить 11-ю армию.
В конце декабря в Керчи и Феодосии был проведён морской десант численностью более 40 000 человек. В Феодосии удалось захватить порт и высадка 44-й армии шла на пирсы, а в Керчи пехоту выгружали прямо в море и люди шли по грудь в ледяной воде. Правда через несколько дней ударили морозы и большая часть 51-й армии переправилась по льду Керченского пролива. Успех был полный, Манштейн не ожидал решительных действий от Советского командования и не усилил войска на Керченском полуострове. Хотя такая возможность у него была. После предательства финнов, Гитлер, опасаясь похожих действий своих сателлитов, потребовал от союзных правительств более широкого участия в "Походе на Восток". Дуче откликнулся первым и передал под немецкое управление Альпийский корпус: горные дивизии "Тридентина", "Юлия" и "Кунеэнзе". Итальянцы вместе с добровольческой хорватской бригадой оказались в составе 11-й армии и должны были принять участие в декабрьском штурме Севастополя. Теперь Манштейн вынужден был использовать свежие войска против вновь образованного Крымского фронта. Контрудар был нанесён 5 января и 8-го удалось отбить Феодосию. Корпус генерала фон Шпонека продолжал развивать наступление и в течении двух недель войска генерала Козлова оказались прижаты к Керченскому проливу.
Под Москвой готовилось "Наступление маршала Шапошникова". Это будет операция на окружение 4-й и 9-й немецких армий двумя ударами по сходящимися направлениям к Вязьме. Наступление должно вести правое крыло Калининского фронта, предварительно окружив город Калинин и левое крыло Западного фронта из района Калуги в направлении Юхнов, Вязьма. Для прорыва эшелонированной обороны собрали всю артиллерию РГК ещё оставшуюся в РККА после летне-осенних боев. В 20-й и 39-й армиях плотность составила до 150 артстволов на километр фронта. Боеприпасы с трудом набрали на Дальнем Востоке и внутренних округах, других запасов не было. Из-за этого возникло ограничивающие условие, не дающие права на ошибку, если прорыв не удастся, то повторить его будет нечем. Для Западного фронта тяжёлой артиллерии не нашлось, там линию обороны решено было прорывать высадив в тылу врага Воздушно-десантный корпус. Эшелоном развития успеха должны будут стать три кавалерийских корпуса усиленные танковыми бригадами; в полосе Калининского фронта 2-й гвардейский и 11 Кавкорпуса, а на Западном 1-й Гв КК. 18 января началось высадка десанта, а 20-го взревела артиллерия на Калининском фронте. Наступление началось.
Как и в Крыму удалось добиться полной неожиданности, из-за плохой погоды и активных действий истребительной авиации Московской зоны ПВО, авиаразведка Люфтваффе вовремя не обнаружила сосредоточение артиллерии. Зато советская разведка поработала очень хорошо, система огня германских дивизий была вскрыта полностью, так что стрельбы по площадям не было. Четырёхчасовая артподготовка перепахала окопы, укрытия и огневые позиции, впервые массировано были применены "Катюши". Уже к вечеру в четырехкилометровой полосе 20-й армии генерала Власова удалось продвинуться на глубину три километра, но потом пришлось остановиться, тыловые позиции оказались заняты резервами. Бой без особого успеха шёл всю ночь и только на рассвете 2-й Гвардейский Кавкорпус генерала Доватора своей танковой бригадой допрорвал оборону. 34-я армия сразу ввела в сражение целый полк КВ, блокады Ленинграда уже не было и на фронт шли тяжёлые танки, но не смотря на это прорвать оборону на всю глубину удалось лишь к вечеру 21-го января. 11 кавкорпус при вводе в прорыв понёс потери, но как бы ни было, пошёл вперёд. 25 января кавалерия соединились юго-западнее города Калинин. Четыре пехотные дивизии 6-го Армейского Корпуса 9-й полевой армии оказались в котле. Во все расширяющиеся прорывы двинулись с востока 20-я и 1 Ударная армия генерала Кузнецова, а с севера 39-я и 22-я, которыми командовали генералы Масленников и Вострухов. Их задача создать внутреннее кольцо окружения, после этого продолжится наступление на Вязьму.
4-я танковая группа была выведена в резерв ещё в ноябре и сейчас три её моторизованных корпуса, имевших двухмесячную передышку, не смотря на зиму были в хорошей форме. 29 января танковые и моторизованные дивизии атаковали основания клиньев прорвавшихся советских армий. Калининский фронт не имел инструментов, чтобы отбить эти удары и немцы могли срезать клинья. Чтобы как-то выправить положение Генштаб в категорической форме потребовал от Западного фронта перехода в наступление. Угроза Вязьме должна заставить немцев перебросить часть войск на помощь городу — узлу шоссейных и железных дорог, на которых висело все снабжение ГрА "Центр".
К 3 февраля в тылу немецких войск был высажен 4-й Воздушно-десантный корпус и части 5-го ВДК — шесть воздушно-десантных бригад и стрелковый полк майора Солдатова. Десантники блокировали железнодорожную станцию Угра и дорогу Вязьма-Юхнов. В тыл германскому 43-му Армейскому корпусу был нанесён удар и 9 февраля 1-й гвардейский кавкорпус прорвался через Варшавское шоссе.
Появление кавалерийского корпуса в тылу 4-й полевой армии в сочетании с падением Юхнова прозвучало похоронным звоном для штаба ГрА "Центр". Если малоподвижных десантников ещё можно было терпеть, то массы кавалерии с танками создавали серьёзную угрозу коммуникациям. Потеря железнодорожной станции Угра и продвижение противника к Вязьме заставляло принимать срочные меры. 43-му Армейскому Корпусу передали 205 пехотную дивизию — последний резерв 4-й армии. Немцы провели локальное наступление и сумели запечатать прорыв на Варшавском шоссе, но на общей ситуации этот успех отразился мало. 21 февраля конники Белова и десантники Казанцева атаковали Вязьму, одновременно перерезав сообщение по автомагистрали Москва-Минск и железной дороге Смоленск-Вязьма.
К этому моменту ситуация ГрА "Центр" выглядела следующим образом: под Калининым образованы два котла; в одном сидят 2-й Гв Кавкорпус Доватора, 20 и 1 Ударная армии, в другом 11 кавкорпус и 39-я, 22-я армии, при этом, много западнее, основные коммуникации самой группы армий перерезаны. Слоёный пирог. У фон Бока оставалось единственное преимущество — переброс войск по внутренним операционным линиям, конечно до тех пор пока остаётся горючее для танков и автомобилей. Как только кончится ГСМ то всё, коллапс и неизбежная гибель всей группировки. Оптимальным решением было отступление на 60–70 км и образование нового фронта, но Гитлер, опасавшийся судьбы Наполеона, издал приказ, который можно интерпретировать как: — "Ни шагу назад". Пришлось выкручиваться. Под Вязьму ушёл 46-й Моторизованный корпус, ослабив кольцо окружения вокруг 20-й и 1-й Ударной армий. Этим немедленно воспользовался Конев — командующий Калининским фронтом, организовав прорыв блокадного кольца. Доватор вышел из окружения, а 20-я армия Власова начала получать снабжение автомобильным и гужевым транспортом по узкому коридору, что-то перепадало и Кузнецову. Правда кавалеристам и десантникам от этого легче не стало, 30 февраля их атаковали немецкие танки и мотопехота. Бои под Вязьмой шли целую неделю и закончились тем, что немцы отстояли город и освободили пути снабжения. Генерал Жуков, командующий Западным фронтом, попытался переломить ход сражения и бросил в наступление 33-ю армию генерала Ефремова. К сожалению, без тяжелой артиллерии фронт прорвать не удалось, а сам генерал был тяжело ранен и скончался на пути в госпиталь.
"Наступление маршала Шапошникова" провалилось. Началась агония.
В марте немцы начали получать крупные подкрепления из Западной Европы, а советские войска хоть и имели обильное маршевое пополнение, но норма расхода боеприпасов не превышала 2–3 выстрелов на орудие в сутки. Из-за этого, не взирая на множество атак, не удалось деблокировать окружённые армии под Калининым и оказать действенную помощь войскам под Вязьмой. Днём завершения наступательной операции считается 20 апреля, когда Ставка приказала войскам фронтов перейти к обороне на достигнутых рубежах. Общие потери Калининского и Западного фронтов составили 948 тысяч человек. На подступах к Москве осталась стоять мощная группировка немецких войск.
22 апреля, после того как в воду Керченского пролива были сброшены остатки Крымского фронта, начался второй штурм Севастополя, получивший кодовое название "Лов осетра" (Unternehmen "Störfang").
Для разрушения фортов немцы применили осадную артиллерию крупных калибров. Всего имелось 208 батарей на фронте в 35 км, то есть примерно 6 батарей на километр фронта, но на участках главных ударов эта цифра, конечно, была в несколько раз выше. Большинство состояло из обычной полевой артиллерии, но широко использовались и пушки 190-мм, и тяжёлые гаубицы 210-мм и 355-мм, и морские орудия 305 и 350-мм, сохранившиеся со времён Великой войны. Были также применены сверхтяжёлые осадные орудия: гаубица Gamma Mörser — 420-мм и две самоходные мортиры Karl — 600-мм. Манштейн утверждал, что никогда, ни до ни после, Вермахт не сосредоточивал такой крупной артиллерийской группировки. Кроме превосходной артиллерии в состав 11 армии входили семь корпусов:
54-й армейский: 22-я, 24-я, 50-я, 132-я пехотные дивизии;
30-й армейский: 72-я, 170-я пехотные, 28-я легкая дивизии;
42-й армейский: 46-я пехотная, моторизованная бригада Гроддека;
7-й румынский: 10-я, 19-я пехотная, 4-я горная дивизии, 8-я кавалерийская бригада;
Румынский горный: 1-я горная, 18-я пехотная дивизии, 4-я горная бригада;
Итальянский Альпийский: "Тридентина", "Юлия" и "Кунеэнзе" горные дивизии и хорватская бригада;
8-й авиационный корпус.
Альпийский и 7-й румынский корпуса располагались на Керченском полуострове, их части предполагалось использовать для замены дивизий, которые понесут наибольшие потери при штурме. Правда в начале мая итальянцы покинули позиции и уехали на родину, Дуче опасался высадки британцев на Сицилии или в Греции. Альпийский корпус пришлось заменить на 42-й армейский.