Но советская разведка не дремала, всячески пытаясь прояснить планы и намерения противника, его группировки, направления ударов, просчитать подходы резервов, вероятные сроки наступления. Для выполнения этих задач в тыл врага забрасывались группы разведчиков. Например, 1 такой отряд во главе с И. Ф. Ширинкиным в сентябре — ноябре 1941 г., преодолев более 70 км по Витебской, Смоленской, Новгородской, Псковской областям, производил разведку и совершал диверсии. Аналогичные разведывательно-диверсионные группы создавались во многих районах СССР для контроля активности противника. Приоритетными для авиации и подразделений разведки Западного фронта были переброски немецких резервов. Например, в сентябре 1941 г. силами разведки удалось установить факт переброски нацистами под Москву 2-й танковой армии, отозванной из-под Ленинграда.
В октябре 1941 г. советское командование передвинуло под Москву 490-й радиодивизион для слежения за германской авиацией и заблаговременного предупреждения о возможных налетах на столицу, промышленные и административные объекты. Г. К. Жуков впоследствии вспоминал, что «в начале ноября 1941 г. нам удалось своевременно установить сосредоточение ударных группировок противника на флангах нашего фронта и правильно определить направления главных ударов врага». Кроме того, стало известно о перемещении немцами на Западный фронт еще 10 дивизий. В результате слаженная работа разведгрупп и глубокий тактический анализ военного командования позволили определить планы Германии, касающиеся нового наступления. Разведданные помогли раскрыть замысел немцев по окружению Тулы и предотвратить его, что помешало врагу организовать наступление на Москву с юга.
5 — 6 декабря 1941 г. советские войска силами Калининского, Западного и частично Юго-Западного фронтов предприняли контрнаступление под Москвой. В его планировании подспорьем послужили данные разведки. После наступления советских частей немецкие подразделения понесли значительные потери и оказались отброшены от столицы на 100–250 км.
С конца июня по август 1941 г. военная разведка забросила в тыл нацистов
184 диверсионные группы, а с сентября по конец декабря того же года — 71 группу и отряд численностью 1 194 человека. Диверсионные группы мешали функционированию коммуникаций врага, уничтожали транспорт, штабы, живую силу.
Кровопролитные оборонительные сражения и контрнаступления советских войск в 1941–1942 гг. послужили для военной разведки тяжелыми испытаниями. Они выявили недостатки и ошибки в ее работе, высветили положительные аспекты деятельности, методики подготовки и использования кадров. Последующие годы показали, что недочеты предвоенного времени и начального периода войны были устранены, и с 1943 г. военная разведка продемонстрировала высочайшее мастерство в реализации поставленных задач.