据统计，9月至10月，德军在空袭中进行了数次袭击。虽然，这些轰炸未达到目的，但毕竟给朱可夫及守军带来极其困难的局面。后勤供应基本中断，只剩下的惟一途径就是被称为“生命之路”的拉多加湖水道。通过这一水道运进的食品和弹药只能最低限度地满足官兵们的需要，特别是粮食的需求状况更加恶化。9月至10月，居民的面包定量先后降了5次，10月20日降到最低限量，即高温车间的工人每人375克，一般工人和技术人员250克，职员和儿童125克。可以想象，这么点粮食会出现什么情况呢？不少妇女在挖工事时，饿得一头扎在地上再也起不来了；工人安装机器时，一下子倒在机器上再也唤不醒了。为了节省体力，对路旁的尸体，人们也懒得去进行安葬。
在这种困难的情况下，红军在朱可夫的指挥下仍然英勇作战，一次又一次把红了眼的德军打退到他们的进攻出发地。到9月底，敌人终于相信，列宁格勒的防御十分坚固，依靠现有兵力是无法摧毁它的。剩下的办法只有一个，那就是围困列宁格勒，企图使苏军丧失战斗力，不战而胜。
可德国的企图最终还是失败了。1943年3月初，苏军开始全线反攻，终于结束了长达1年多的列宁格勒保卫战。
列宁格勒保卫战的胜利，其意义是空前的，它不仅坚定了苏联人民必胜的信心，打击了德军的气焰，而且牵制了德军大量的兵力，对其他方面战场形势的转变起了重要作用。而朱可夫对于这个战役的胜利，作出了巨大的贡献，的确是功不可没。
莫斯科会战
1941年10月上旬，德军知道列宁格勒是攻不下的。于是，集中了100多万人、1700多辆坦克和1900门大炮，在空军掩护下，又对莫斯科发动了猛攻。
斯大林又一次将这场关系苏联生死存亡大战的指挥棒交给了朱可夫。
莫斯科是苏联的首都，是全国政治、经济、文化和军事中心。莫斯科的战略意义，苏德两军再清楚不过了。
1941年10月30日，德军发起了对莫斯科的总攻，企图通过占领苏联的心脏而使这个社会主义国家一举崩溃。
为加强对莫斯科的防御，朱可夫被任命为预备队方面军的最高统帅代表。接受命令后，朱可夫马不停蹄地奔赴西方方面军司令部勘察情况，才知战争态势的进展比他想象的还要糟糕。
战争态势已经十分明显地显示，必须把西方方面军和预备队方面军合并起来，统一指挥。在西方方面军司令部里，莫洛托夫、伏罗希洛夫、华西列夫斯基、布尔加宁和科涅夫正在召开国防委员会讨论局势。大家对莫斯科附近出现的困难而危险的局势极为忧虑。会议认为这两支部队应立即重新改编为西方方面军，并建议斯大林任命朱可夫为司令员。
10月10日，斯大林给朱可夫打来电话，正式通知他，最高统帅部决定任命他为西方方面军司令员。最后，斯大林以命令的口吻在电话中大声说：“赶快把一切都抓紧干吧！”
很快，朱可夫就接到最高统帅部于1941年10月10日17时发布的命令：
l、西方方面军和预备队方面军合并为西方方面军。
2、任命朱可夫同志为西方方面军司令员。
3、任命科涅夫同志为西方方面军副司令员。
4、任命布尔加宁同志、霍赫洛夫同志和克鲁格洛夫同志为西方方面军军事委员会委员。
5、朱可夫同志于1941年10月11日18时开始指挥西方方面军。
6、撤销预备队方面军指挥机关，用以补充西方方面军和莫斯科战线的预备队。
接到命令后，朱可夫立即出发去西方方面军司令部。方面军司令部临时设在几个帐篷里，朱可夫走进帐篷后立即投入了战役的组织工作。
熟悉朱可夫的人都知道，他是一个意志坚强、处事果断、具有杰出才干和天赋的人，也是一个要求严格、持之以恒、目标明确的人，所有这些品质对于一个精明强干的军事首长来说，是必不可少的。
在莫斯科会战最激烈的日子里，朱可夫的严厉粗暴几乎达到了无法让人容忍的程度。可正是由于他的个性品质，他不去考虑迁就个人的感情因素，才使他在国家与民族的危难时刻，能够挑起挽救莫斯科和整个国家的千斤重担，能够组织保卫莫斯科的有效防御。
朱可夫以他特有的充沛精力和工作效率，开始实施这新的使命。他通过实地考察军情，制定了一系列战略方针：在莫斯科正西方面组织了一条牢固的防御带；加大纵深防御，建立第二梯队和方面军预备队，随时听候调动；组织有效的地面和空中侦察，以加强对方面军各部队的指挥；安排好军队的物资保障；增强战士们的必胜信心。
最让朱可夫头疼的问题是兵力不足，现在的部队根本无法有效地守住136公里长的防线。最高统帅部竭尽全力从其他地方调集了14个步兵师，16个坦克旅，40个炮兵团，以解燃眉之急。
与此同时，莫斯科几十万居民不分昼夜地构筑保卫首都的防御工事。他们修筑了72万米长的防坦克壕、近8万米长的峭壁和断崖，设置了5万多米长的障碍物地带，挖掘了近13万米的战壕和交通壕。这些用居民双手挖出的300万多立方米土壤，建立起一个颇为壮观的环形防御圈。
前线的苏军官兵知道，全国人民都在为保卫莫斯科作最大的支援，这种军民同仇敌忾的团结精神，是苏军取得莫斯科保卫战胜利的鼓舞力量和坚强支柱。
11月上半月，苏德军队双方都作了新的调整和补充，莫斯科附近一场更大规模的生死决斗即将开始。
11月15日清晨，德军从北面、南面、西面对莫斯科发起了猛攻。
德军的总的战役计划是：第九集团军牵制加里宁方面军并进攻克林，从北面包围莫斯科；第二集团军牵制西南方面军并占领图拉，从南面包围莫斯科；第四集团军在西面消灭莫斯科附近的苏军。然后从南、北包抄，在莫斯科以东会师并完成包围，最后几个集团军同时配合，正面进攻，一举占领莫斯科。
在11月16日以后的几天里，形势对苏军极其危险，德军不顾一切动用强大进攻力量，用坦克开路，对苏军实施沉重的打击，苏军的兵力显得非常薄弱。
虽然在前几天残酷的战斗中，苏军损失惨重，但他们却以顽强的防守阻止了德军向莫斯科的推进。在德军方面，虽然战线向前推进了，但是种种不祥之兆却弥漫在军队中。连续作战的疲惫和日渐寒冷的天气成为德军面临的两个大敌。最让德国士兵不安的是，由于战线过长，使得补给品奇缺，尤其是冬装非常缺少。在零下20多度的冰天雪地里，德军士兵只穿单薄的军服，冻得瑟瑟发抖，怨声载道。
从11月中旬起，其他战区的苏军相继展开了一些反攻，牵制了德军的兵力，支援了莫斯科方面的防御战。
然而，虽然德军进攻受阻，但是对莫斯科的威胁仍未减轻。德军继续缓慢地向前推进，日益逼近莫斯科。
最高统帅部经过仔细的分析，通过了朱可夫的反攻计划。
在苏军大反攻前夕，苏德双方在莫斯附近的兵力情况表明并不利于苏军：苏军有110万人、7652门大炮、274辆坦克、1000架飞机；德军共有170万人、13万门大炮、1170辆坦克、615架飞机。
但朱可夫分析，德军人数虽多，可战线拉得过长（长达1000公里），两翼的突击部队相距200公里，兵力分散。而苏军则比较集中，可以集中局部地区的优势兵力打击敌人。
1941年12月6日早晨，朱可夫的西方方面军从莫斯科南、北两面开始了反攻，几乎在同一时期，友邻方面军积极配合，苏德双方展开了大规模的战斗。经过10天的激烈较量，使已经削弱和极度疲惫的德军遭受了重大损失，在苏军压力下节节后退。
希特勒得知德军撤退的消息后大发雷霆，歇斯底里地禁止前线部队继续后退，并答应补充部队。
然而在苏军英勇无畏的进攻下，到12月底，德军已经山穷水尽、走投无路了。
在莫斯科会战中，朱可夫指挥的西方方面军歼敌50余万人，击毁或俘获1100辆坦克、2500门大炮、15万多辆汽车和其他装备。德军被击退了150～300公里，红军解放了11万多个居民点，赢得了战役的全面胜利。
德军在莫斯科战役中的失败，是德国法西斯发动第二次世界大战以来所遭到的第一次大失败，它打破了希特勒“闪电战”不可战胜的神话，大大鼓舞了世界反法西斯主义的斗争。在此之后，德军的有生力量大大削弱，开始走下坡路了。而苏军却得以进一步发展壮大，士气高昂。
朱可夫作为拯救莫斯科的英雄，在这场举世闻名的战役中名声大振，被斯大林称为“胜利的象征”。
争夺斯大林格勒
“闪电战”美梦的破灭，使德军无力在苏德战场上发动全面进攻，希特勒被迫采取重点进攻的战略，他把眼光盯上了斯大林格勒。
希特勒的如意算盘是先夺取斯大林格勒，占据这个重要战略要地和战略物资基地，然后由此北进莫斯科，对莫斯科形成夹击之势。
德军在苏德战场的南部部署了150万以上的兵力，其中“南方”集团军群共97个师，90万人，又分为A、B两个集团军群，动用了1200辆坦克和强击火炮，1640架战斗机，于1942年6月28日发动了对斯大林格勒的总攻。
朱可夫再一次临危受命，被任命为最高副统帅，指挥会战。在朱可夫的指挥下，斯大林格勒军民团结奋战，经反复较量，终于阻止了德军的进攻。
为减轻斯大林格勒方面的压力，9月3日早晨，经过炮火准备，苏联第一集团军发起了反攻，但是只前进了几公里就受到德军的有力阻击而被迫停了下来。
9月5日拂晓以前，如同朱可夫所估计的那样，斯大林格勒附近并没有发生特殊事件。按照预先计划，9月5日早晨，苏军炮兵和航空兵开始火力准备，随之发起了攻击。但德军的阻击仍很顽强，经过1天的交战，苏军进展甚微。
由于苏军这次大规模的反击，迫使德军把大量坦克、炮兵和摩托化部队从斯大林格勒附近向北调动，从而延缓了攻击斯大林格勒的速度。
德军用在斯大林格勒方向的兵力有50多个师，其中用来直接攻市区的有13个师，共17万人。他们拥有500辆坦克、1700门大炮和迫击炮。
苏军斯大林格勒方面军和东南方面军虽然合起来有120个师，但是人员编制严重缺额，许多师只有编制人数的20％到25％，有的师仅有800人。实际上负责防守市区和西南一带的主力第六十二和六十四集团军总共只有9万人、1000门大炮和迫击炮、120辆坦克。在市区争夺战中，德军在兵力和武器上是占优势的。
争夺市区的激战达到白热化的程度，全市的街道和广场都变成了激烈的战场，有些重要据点被反复地争夺，第一火车站的争夺战持续了1周之久，曾13次易手。
德军不顾一切，一步步向市中心逼近。苏军似乎有些支持不住了，兵力每时每刻在减少。但是由于苏军在斯大林格勒人民群众的支援和配合下，战斗意志无比坚强，只要德军一向前推进，就要受到顽强的阻击并付出沉重的代价。
在这场殊死的战斗中，值得一提的是苏军战士为保卫祖国的每一寸土地，表现出视死如归、英勇顽强的英雄主义精神。苏军的顽强使得德军精疲力竭，一筹莫展。
战前，德军十分蔑视苏军在斯大林格勒的力量，但受到意想不到的痛击之后，他们就逐渐感到恐惧和悲观起来。
经过连续13天的战斗，德军在9月25日占领了市南和市中心的部分地区，并且前进到伏尔加河河南，几乎每一个渡口都被德军强大的火力控制着，斯大林格勒变成了一个大战场，历史上规模最大的巷战在这里展开了。
朱可夫命令红军战士在任何情况下都要坚守城市，每1幢房屋，只要有苏联军人，哪怕只剩下1个人，也要成为敌人攻不破的堡垒。
为了适应战争形势，朱可夫下令在部队中组织新的战斗单位——突击小组。
尽管炮火连天、弹片横飞，被炸毁的工厂却成了苏联人的抵抗中心。朱可夫在纷乱复杂的战争形势中，再次显示了他惊人的预见性。
他分析后认为：尽管敌人暂时处于进攻优势，但苏联红军的顽强防守使他们很难完成既定目标，而随着时间的拖延，敌人的补给将越来越困难，恶劣的天气也将给他们造成极大的困难。
德军攻打斯大林格勒市区的战斗从9月13日开始，到11月18日结束，历时两个月。
朱可夫制定了“天王星”反攻计划：苏军从斯大林格勒西北部和南部两线向中心反攻，合围在那里的德军第六集团军和第四集团军。为了迷惑敌人，朱可夫又实施了一系列漂亮的伪装措施。10月中旬，当德军的进攻陷于停顿之时，斯大林格勒前线各方面军接到命令，停止一切具有攻势的作战行动，命令中详细地讲述了如何安排冬季的防御，如何构筑工事、如何在支撑点储备粮食、弹药等。与此同时，苏军正在秘密地把部队不断调往准备实施突击的方向。
德军情报机关上当了，坚信苏联军队不会发动反击。朱可夫以其高超的指挥艺术，为红军赢得了难得的战略主动。
1942年11月19日7时30分，隆隆的炮声宣告了西南方面军和顿河方面军开始进攻德军，从此揭开了苏军大反攻的序幕。
在斯大林格勒西北部，苏军西南方面军的3500门大炮直射德军阵地，然后以坦克和机械化部队为先导，突击德军的薄弱阵地。
面对苏军强大的攻击压力，德军陆军参谋长建议从斯大林格勒撤军，加强后方，巩固新前方，然后进攻发动突击的苏军。
但刚愎自用的希特勒听到撤军的建议暴跳如雷，驳回了德军陆军参谋长的建议。德国纳粹元首的顽固，给了朱可夫实施其战略计划的机会。
经过十余天的激战，到11月30日，苏军已完成了对德军共22个师33万人的合围，将其压缩在1500平方公里的范围内。
面对合围数量如此之大的德军，斯大林十分担心德军发起突围反攻，苏军会支持不住。
朱可夫再次分析了战争态势。他认为以德军目前现状，是不会轻易冒险突围的。但是如果有其他军团的辅助突击，情况就不好说了。当前最紧迫的是防止其他地域德军的支援，主要是防止德军顿河集团军前来解围。
就在苏军分析怎样消灭德军的同时，德军也在积极想办法解围。曼斯坦因元帅计划由德顿河集团军群的主要兵力发动进攻，支援第六集团军和第四集团军，另外，秘密派坦克师来支援。
曼斯坦因元帅得意地把这一作战计划命名为“冬季风暴”，妄图以此摧毁苏军的包围。可惜他的计划与朱可夫的分析如出一辙，朱可夫已经对此做了精心的准备，设计了整套“包围打援”方案，不仅打退了前来支援的德军，还将包围的德军压缩在了更小的范围之内。