16-я армия Рокоссовского располагала пятью стрелковыми дивизиями, четырьмя стрелковыми бригадами, четырьмя танковыми бригадами и четырьмя кавалерийскими дивизиями. Они имели 55 тысяч бойцов, 320 полевых и 190 противотанковых орудий, 480 минометов и 125 танков. 16-й армии противостояли 46-й и 40-й танковые корпуса немцев в составе двух пехотных и трех танковых дивизий. В них осталось всего 22 тысячи бойцов, 150 полевых и 140 противотанковых орудий, 250 минометов и 130 танков. Таким образом, по танкам силы сторон на участке Рокоссовского были примерно равны, по пехоте 16-я армия превосходила противника в 2,5 раза, а по артиллерии и минометам — в 1,8 раза. Войска Рокоссовского имели значительно большее превосходство над противником, чем вся правофлаговая группировка Западного фронта.

4 декабря в наступление перешли 1-я и 20-я армии, нанося удары на Дмитровском и Солнечногорском направлениях. В последующие дни к ним присоединились 30-я и 16-я армии. 5 декабря, когда советские войска перешли в наступление против правого фланга 9-й немецкой армии и оттеснили его на 10–12 километров, фон Бок вынужден был подготовить приказ о подготовке отхода 3-й танковой группы и 4-й армии от линии Нара — Москва к линии Каримское — Истринское водохранилище — Сенежское озеро — к востоку от Клина. Сказалось то, что немецкие войска слишком поздно перешли к обороне, 4–5 декабря, буквально за считаные часы до начала советского контрнаступления, и не успели как следует подготовить оборонительные позиции на передовых рубежах.

6 декабря фон Бок отметил в дневнике «мощные атаки превосходящих сил русских против восточного и в особенности северо-восточного фронта 3-й танковой группы. Продвижение противника в глубь позиций танковой группы, в основном, ликвидировано на всех направлениях при содействии последних резервов группы». Но в тот же день фельдмаршалу пришлось санкционировать отход на истринский рубеж. Бок признал, что «растут жалобы частей на достигнутое русскими превосходство в воздухе. Еще чаще жалуются на нехватку зимней одежды, снабжение которой поставлено неудовлетворительно. Эшелоны с зимним обмундированием постоянно запаздывают, в результате даже сейчас далеко не все части обмундированы по-зимнему. Качество зимнего обмундирования также оставляет желать много лучшего».

В течение 4 и 5 декабря 8-я гвардейская стрелковая дивизия вела бои в самом Крюкове. Противник, сосредоточив два батальона пехоты (35-й пехотной дивизии) и 60 танков (5-й танковой дивизии), оказывал упорное сопротивление, используя танки в засадах из-за домов, а также противотанковые орудия и пулеметы, установленные в домах и сараях. В результате контратаки немцам удалось овладеть МТС северо-восточнее Крюкова, но продвинуться дальше они не смогли. Бои за Крюково продолжались до 7 декабря. Одновременно войска 16-й армии вели напряженные бои за овладение селами Клушино, Льялово, Никольское, Матушкино, Рождествено. Немцы на всем фронте оказывали упорное сопротивление, переходя на отдельных участках в контратаки пехотой и танками.

Немецкие войска еще держались, но фон Бок уже понял, что сражение проиграно. 7 декабря он попытался сформулировать причины поражения:

С этим выводом можно согласиться, указав только, что без третьего фактора первые два сами по себе не смогли бы остановить продвижение немецких армий к Москве.

Бок продолжал: «Русские ухитрились восстановить боеспособность почти полностью разбитых нами дивизий в удивительно сжатые сроки, подтянули новые дивизии из Сибири, Ирана и с Кавказа и заменили утраченную на ранней стадии войны артиллерию многочисленными пусковыми установками реактивных снарядов. Сегодня группе армий противостоит на 24 дивизии — преимущественно полного состава, — больше, нежели это было 15 ноября. С другой стороны, численность германских дивизий сократилась более чем наполовину в результате непрерывных боев и связанных с зимними холодами бедствий. Боеспособность бронетанковых войск и того ниже. Потери среди офицерского и унтер-офицерского состава просто шокируют. В процентном отношении они много выше, нежели потери среди рядового состава».

В ночь на 8 декабря сопротивление противника было сломлено и немцы начали отступать. Рокоссовский вспоминал: «К 8 декабря в результате почти трехдневного боя, доходившего часто до рукопашных схваток, а также обхода города с юго-запада сопротивление противника было сломлено. Оставив Крюково и ряд других окрестных селений, немцы бежали на запад, бросая оружие и технику. В бою за Крюково наши части захватили около 60 танков, 120 автомобилей, много оружия, боеприпасов и другого военного имущества. В селе Каменка враг бросил два 300-миллиметровых орудия, предназначавшихся для обстрела Москвы.

Перешли в наступление и главные силы армии на истринском направлении. Нанеся удары по фашистам, не успевшим еще, к нашему счастью, организовать оборону, войска сломили упорное сопротивление врага и начали преследование. Глубокий снежный покров и сильные морозы затрудняли нам применение маневра в сторону от дорог с целью отрезать пути отхода противнику. Так что немецким генералам, пожалуй, следует благодарить суровую зиму, которая способствовала их отходу от Москвы с меньшими потерями, а не ссылаться на то, что русская зима стала причиной их поражения».

9 декабря 6-я армия начала преследование противника в общем направлении к Истринскому водохранилищу и городу Истре. В связи с этим Рокоссовский создал две ударные группы: первая в составе 145-й танковой бригады, 44-й кавалерийской дивизии и 17-й стрелковой бригады для удара в направлении Жилино, Марьино, Соколово (севернее города Истра) и вторая в составе 9-й гвардейской стрелковой дивизии, 17-й танковой, 36-й и 40-й стрелковых бригад и 89-го отдельного танкового батальона для удара на Истру и далее на север. 20-я армия Власова своим правым флангом стремилась быстрее и прочно оседлать Ленинградское шоссе и полностью овладеть Солнечногорском.

11 декабря 20-я армия заняла Солнечногорск, а 16-я армия — Истру. На следующий день фон Бок записал: «Отход левого крыла 4-й армии успешно осуществился, хотя храброму 5-му корпусу пришлось отбивать тяжелые атаки противника под Солнечногорском. Рапорты с фронта вокруг бреши на севере от Клина становятся несколько более оптимистическими. Мой последний резерв, инженерный батальон, передан в распоряжение 4-й армии. Его собираются задействовать на Ламе в качестве группы прикрытия. 9-я армия получила инструкции задействовать батальон 86-й дивизии за правым крылом армии у переправы через Ламу в районе Никольского. В целом атаки русских по обе стороны от Калинина успешно отражены». В этот день в Смоленск приехал Браухич, которому Бок заявил: «Вопрос, который нам необходимо обсудить, скорее политического, нежели военного свойства. Фюрер должен наконец решить, как быть группе армий: или сражаться, оставаясь на тех позициях, которые она сейчас занимает, рискуя потерпеть полное поражение, или отойти, что сопряжено с таким же примерно риском. Если фюрер прикажет отходить, он должен понимать, что новых сокращенных позиций в тылу, которые, кстати сказать, совершенно не подготовлены к обороне, смогут достичь далеко не все наши войска, поэтому неизвестно, смогут ли ослабленные части группы армий эти позиции удержать. Подкрепления, которые были мне обещаны, тащатся с такой черепашьей скоростью, что оказать решающее воздействие на принятие соответствующего решения не могут».