К счастью для советских войск, в начале октября хлынули проливные дожди, началась осенняя распутица, и темпы немецкого наступления сразу снизились. Прибыв под Москву, Жуков должен был, по существу, начинать с формирования новой армии. В те дни он писал Жданову в Ленинград: «Как тебе известно, сейчас действую на Западном направлении — на подступах к Москве. Основное это то, что Конев и Буденный проспали все свои вооруженные силы, принял я от них одно воспоминание. От Буденного штаб и до 90 человек, от Конева штаб и два запасных полка. К настоящему времени сплотил приличную организацию и в основном остановил наступление противника, а в дальнейшем мой метод тебе известен: буду истощать, а затем бить». За несколько недель передышки, использовав остатки Западного и Резервного фронтов, Жуков успел создать глубокоэшелонированную оборону, которая проходила через лесные массивы от Серпухова на юге до Наро-Фоминска и далее на север. Командование успело перебросить из Сибири свежие армейские корпуса и мобилизовать московских рабочих. Теперь войскам фон Бока, измотанным в предыдущих сражениях и совершенно не готовым к ударившим морозам, предстояло наступать на неведомо откуда взявшиеся новые армии противника, которые уже считались полностью разбитыми. Поскольку Жуков не располагал силами для создания сплошной линии фронта, он решил организовать прочную оборону вдоль дорог, по которым продвигались немцы — на Волоколамском, Можайском, Малоярославском и Калужском шоссе. Однако войск катастрофически не хватало: плотность советской обороны едва достигала батальона на 5 км. Немецкие танковые колонны то и дело рвали оборону и неумолимо двигались к Москве. 18 октября пали Можайск и Малоярославец. 27 октября был оставлен Волоколамск. К концу месяца противник вышел на ближние подступы к столице. 15 ноября, подтянув резервы и перегруппировав войска, фон Бок сделал новый рывок к столице. Сначала наступление развивалось успешно, но через пять дней ударили сильные морозы, выпал глубокий снег, и темпы его опять резко снизились. С большим трудом немцы взяли Клин и овладели берегами канала Москва-Волга. Но на этом их наступление окончательно выдохлось." Фон Бок был «истощен» до предела, пришло время его «бить». 5 декабря войска Калининского, а 6 декабря Западного и Юго-Западного фронтов перешли в наступление. Удар советских войск оказался настолько неожиданным и сильным, что измотанная группа армий «Центр» не смогла противостоять ему и стала откатываться назад. Немцы бросали в снегу заглохшие танки и тяжелое вооружение, которое невозможно было вытащить из-за гигантских сугробов. Солдаты тысячами умирали от обморожения. К началу 1942 г. противник был отброшен от Москвы на 100–250 км. Но потом сопротивление его стало нарастать. Весной немцы нанесли несколько мощных контрударов, окружили и разгромили в районе Вязьмы и Ржева две советские армии. Наступление остановилось. Тем не менее общий успех, достигнутый за эти месяцы, был впечатляющим. 1 27 августа Сталин назначил Жукова своим первым заместителем. «С этого момента, — писал позже Жуков, — Сталин почти не принимал решений по вопросам организации операций, не посоветовавшись со мной». Жестокие бои продолжались. Летом 1942 г. немцы перенесли направление главного удара с центрального направления на южное, поставив себе целью взять Сталинград и осуществить блокаду Кавказа. Не зная об этом, советское командование начало весной наступление под Харьковом. В середине мая немцы перешли в контрнаступление и окружили вклинившиеся в их оборону 6-ю и 57-ю армии. В плен попало около 240 тысяч советских воинов. Соотношение сил резко изменилось в пользу противника. Фронт стремительно покатился на восток. В конце июля начались бои на подступах к Сталинграду, а 21 августа б-я немецкая армия Паулюса вышла на окраину города. В это время в Сталинград прибыл Жуков. Сначала он попробовал деблокировать город с помощью контрударов, но убедился, что это ведет лишь к ненужным потерям. Сталин требовал продолжения контрнаступления, но Жуков отвечал, что необходимо переходить к обороне. Вернувшись в Москву, он вместе с Василевским разработал новый план действий, который лег в основу Сталинградской операции.
Было решено активной обороной измотать противника, одновременно подготавливая крупное контрнаступление, которое могло бы в корне изменить стратегическую обстановку на юге. Замысел операции состоял в том, чтобы накопить войска на флангах 6-й армии, нанести с севера и юга от Сталинграда удар на Калач и таким образом окружить Паулюса.