Таким образом, на фронте от Ладожского озера до озера Ильмень к началу контрнаступления действовало двадцать две стрелковые, три танковые (две без материальной части), две кавалерийские дивизии, три стрелковые и три танковые бригады, а также три отдельных танковых батальона — всего до тридцати дивизий. Общая численность советских войск в 54-й, 4-й, 52-й армиях и Новгородской армейской группе составляла 186 тыс. человек. Противостоявшие им войска 16-й немецкой армии насчитывали около 140 тыс. человек.

Охватывающее положение советских войск по отношению к противнику и несколько изменившееся соотношение сил в нашу пользу создавали реальные возможности разгрома тихвинской группировки противника. В этой обстановке Ставка ВГК приказала перейти в контрнаступление и восстановить линию фронта по правому берегу р. Волхов с захватом плацдармов на её противоположном берегу.

Первыми начали контрнаступление под Тихвином войска 52-й армии, начав боевые действия 12 ноября ударом в основание вбитого в оборону советских войск выступа. Соединения 52-й армии пытались прорвать вражескую оборону на рубеже р. Малая Вишерка и овладеть превращённым в сильный узел сопротивления город Малая Вишера. Однако добиться положительных результатов в первые дни операции не удалось. Советские войска столкнулись с характерной для зимней кампании 1941—1942 гг. системой обороны, основанной на цепочке опорных пунктов. Промежутки между ними простреливались артиллерийским, миномётным и пулемётным огнём, закрывались минными полями. Сами опорные пункты представляли собой деревни, небольшие города, господствующие над местностью высоты, сильно укреплённые и прикрытые минными полями и проволочными заграждениями. При оборудовании населённых пунктов в качестве узлов обороны дома частично сжигались (для расчистки секторов обстрела), а частично превращались в ДЗОТы под пулемёты и артиллерийские орудия.

Организуя наступление на Малую Вишеру, командующий 52-й армией не сумел создать ярко выраженной ударной группировки. Армия наступала на широком 48-километровом фронте от Зеленщины до Поддубье, имея всего четыре дивизии в первом эшелоне. Для решения основной задачи — разгрома группы противника в районе Мал. Вишеры и овладения этим сильным узлом сопротивления — было выделено фактически всего лишь два полка 259-й стрелковой дивизии, наступавших на 8-километровом фронте.

После нескольких неудачных попыток штурма, сталкиваясь со сплошной завесой огня, было принято решение подготовить два отряда численностью примерно по 500 человек для ночного просачивания между опорными пунктами на подступах к Малой Вишере. Отряды вооружались помимо винтовок, пулемётов и миномётов несколькими противотанковыми орудиями. В течение двух дней, 16 и 17 ноября отряды проходили интенсивную подготовку к предстоящей операции. Подгонялось снаряжение, оружие и металлические предметы обматывались тканью, чтобы не создавать шума при движении. Ночью 17 ноября обе группы скрытно просочились между опорными пунктами и вышли на коммуникации маловишерского узла сопротивления. Удачные действия просочившихся отрядов нарушили систему обороны немцев и воспрепятствовали манёвру резервами между узлами сопротивления. По итогам боя 18 ноября немцы приняли решение оставить Малую Вишеру, которая была занята войсками 52-й армии 20 ноября. Штурм Малой Вишеры стал фактически первой ласточкой общего наступления Красной армии в зимней кампании 1941/42 г.

Однако если контрнаступление под Тихвином началось раньше всех, то его развитие происходило куда менее динамично, чем контрудар под Ростовом. Пока шли бои за Малую Вишеру, к наступлению подготовилась 4-я армия на ключевом, тихвинском направлении. Наступление 4-й армии началось 19 ноября и развивалось вначале очень медленно. Наши наступавшие части вели ожесточённые, но безуспешные бои за опорные пункты противника, расположенные на переднем крае его обороны. Непосредственно город Тихвин штурмовали части 44-й и 65-й стрелковых дивизий. Здесь, как и на мало-вишерском направлении, войска 4-й армии атаковали фронтально, не пытаясь использовать просачивание между узлами обороны. Оставшиеся танки 60-й танковой дивизии использовались в качестве средства непосредственной поддержки пехоты. Например, 19 ноября 1941 г. 7 танков Т-26 из 120-го танкового полка были переданы в качестве средства непосредственной поддержки пехоты в 317-й стрелковый полк 92-й стрелковой дивизии. Непосредственно под руководством штаба 60-й танковой дивизии к 20 ноября остались в строю 38 танков (9 БТ-7, 12 Т-26, 16 «химических», 1 танкетка Т-37). С этими силами дивизия в тот день перешла в наступление из района Городище на Тихвин.

До 7 декабря бои шли на окраинах Тихвина, западнее города на р. Тихвинка и южнее — вдоль дороги Тихвин — Тальцы. Вместе с тем не следует думать, что немецкие войска не получали никаких подкреплений. В конце ноября частично по воздуху, а частично маршем в Тихвин была направлена 61-я пехотная дивизия из резерва группы армий «Север». Соединение до этого вело бои на островах в Балтийском море. Пехотная дивизия заняла оборону в Тихвине, а 12-я танковая дивизия была высвобождена для использования в качестве мобильного резерва. В это же время группировка врага на маловишерском направлении была усилена частями 215-й пехотной дивизии, перебрасываемой из Франции. Также в группу армий «Север» прибыла 250-я пехотная дивизия, сформированная из испанцев. Это была своего рода благодарность генерала Франко за помощь, оказанную ему Германией в ходе гражданской войны. В результате прибытия резервов сопротивление противника наступлению 4-й армии значительно возросло.

Немецкое командование придавало большое значение удержанию Тихвина. Так, на совещании у Гитлера 6 декабря 1941 г., которое описывалось в дневнике Ф. Гальдера, излагались планы по изоляции Ленинграда и установлению связи с финнами. С этой целью предполагалось пополнить 8-ю и 12-ю танковые дивизии и, главное, «удерживать Тихвин»[133]. Перелом в сражении под Тихвином наступил 7 декабря, на следующий день после упомянутого совещания у Гитлера. Южная оперативная группа войск 4-й армии (ею командовал снятый в начале ноября с командования армией генерал-лейтенант В. Ф. Яковлев) прорвала оборону противника на линии железной дороги и подошла к Ситомле, создав угрозу перехвата единственной коммуникации, связывавшей тихвинскую группировку противника с тылом. С целью предотвращения этой угрозы немецкое командование было вынуждено спешно снять часть своих сил с фронта в районе Тихвина и перебросить их в Ситомлю. Воспользовавшись ослаблением вражеских сил в городе, войска 4-й армии решительно атаковали противника, сломили его сопротивление севернее и восточнее города и 9 декабря в упорном ночном бою овладели Тихвином. Уже 8 декабря, всего два дня спустя после обсуждения далеко идущих планов по наступлению через Тихвин, Гальдер записывает в своём дневнике:

«Тихвин эвакуируется»[134].

Последней из армий по периметру выступа с вершиной в Тихвине перешла 54-я армия. Произошло это потому, что на волховском направлении наступление немецко-фашистских войск было остановлено только 25 ноября в 6 км к югу и юго-востоку от Волхова. К началу декабря войска 54-й армии были усилены 80-й стрелковой дивизией, переброшенной из Ленинграда. В районе Войбокало из частей 311-й стрелковой дивизии, 6-й бригады морской пехоты, переброшенных с правого берега р. Волхов, и частей 80-й стрелковой дивизии была образована ударная группа, которая 3 декабря перешла в наступление и начала теснить противника в южном направлении.