В начале контрнаступления советских войск под Москвой армии центрального участка Западного фронта уступали противнику в живой силе примерно в 1,5, а в артиллерии – в 2,5 раза. Перед 5-й армией Говорова была поставлена задача – сковать силы немцев на своем участке и воспрепятствовать переброске дополнительных дивизий на направление ударных группировок советских войск севернее и южнее Москвы. В соответствии с этим войска 5-й армии своим центром и левым флангом должны были наступать в обход Можайска с юга, тесно взаимодействуя с соседней 33-й армией. Когда же ее наступление немцам удалось приостановить, Говоров, проявив инициативу, умело перегруппировал силы и средства на свой правый фланг. В дальнейшем, войдя во взаимодействие с 16-й армией К.К. Рокоссовского, он сумел добиться значительного успеха и, вновь перегруппировав ударные силы, развил наступление на левом фланге, что привело к освобождению города Рузы.
Заслуги Говорова в сражениях под Москвой, а также успешные действия под его командованием 5-й армии в период дальнейшего зимнего наступления были отмечены присвоением ему звания генерал-лейтенанта артиллерии и награждением его дважды орденом Ленина.
Весной 1942 года Говоров назначается командующим группой войск Ленинградского фронта, а в июне – командующим войсками этого фронта. В период героической обороны города, продолжавшейся 900 дней, 670 дней город защищался под непосредственным руководством Леонида Александровича.
Задачу усиления внешних оборонительных рубежей командующий фронтом решил созданием на ближних подступах к Ленинграду пяти полевых укрепленных районов и размещением в них отдельных артиллерийско-пулеметных батальонов. Одновременно Говоров добился усовершенствования построенных ранее оборонительных рубежей, сооружения новых отсечных позиций и ходов сообщения. В Ленинграде Говоров впервые в масштабе фронта применил систему сплошных траншей, связав оборонительные укрепления в единое целое. Он также перестроил систему применения минометов. Это придало обороне устойчивость, обеспечило скрытный маневр силами и средствами по фронту и из глубины и позволяло быстро сосредоточивать войска на различных направлениях при возникновении угрозы нападения. Все это резко снизило потери войск от артиллерийского и минометного огня противника. Такая оборона позволила переключить часть огня противника с города на внешнюю укрепительную линию, что, в свою очередь, сохранило жизни многим ленинградцам и спасло большое количество памятников архитектуры города.
Но и оборонительные сооружения в самом городе не остались без внимания нового командующего. Город был разделен на семь частей – семь боевых секторов обороны. В каждом секторе был назначен командир, который отвечал за подготовку городских кварталов к обороне против пехоты, танков, авиации и флота противника. При этом командующий фронтом делал все для того, чтобы силы внутренней обороны при необходимости были способны самостоятельно отразить наступление вражеских войск. В связи с этим все сектора были оснащены оружием и боевой техникой.
Леонид Александрович Говоров, являясь профессиональным артиллеристом, был мастером огневого поражения противника, организации боевого применения крупных масс артиллерии для решения самых разнообразных задач. Именно артиллерия, сорвав штурм города, вынудила противника перейти к позиционной обороне. Затем она успешно противостояла дальнобойным вражеским батареям, державшим на прицеле город. Действия артиллерии имели первостепенное значение и тогда, когда перешедшим в наступление советским войскам пришлось взламывать железобетонные укрепления, глубоко эшелонированные оборонительные полосы, которыми враг опоясал Ленинград.
