Война застала жителей столицы врасплох. Утром 22 июня в Москву из Московской области приехало 20 тыс. школьников: для них устраивали праздник в Сокольническом парке культуры и отдыха. До 12 дня никто из москвичей не знал, что началась война.
В 12:15 по радио с сообщением о нападении Германии на СССР выступил нарком иностранных дел Молотов – именно он произнёс знаменитую фразу "Наше дело правое. Враг будет разбит. Победа будет за нами".
Накануне войны город жил мирной жизнью и к обороне не готовился. Газеты писали о появлении первых телевизоров и ультрафиолетовых ламп, в марте 41-го были присуждены первые Сталинские премии, в начале июня город успел провести шахматный чемпионат. Тогда же на ВСХВ (будущая ВДНХ) проходит всесоюзная сельскохозяйственная выставка. В середине июня начинается генеральная реконструкция ЦПКиО им. Горького.
Первую воздушную тревогу в Москве пришлось объявить уже на третий день войны. Но вначале немецкие пилоты летали только на разведку. Почти сразу же началась маскировка столицы, которая должна была спасти ключевые объекты города от немецких бомб. Особое внимание было уделено Кремлю.
Крыши и открытые фасады кремлевских зданий планировалось перекрасить таким образом, чтобы они выглядели как обычные дома. Ложные городские кварталы и дома должны были появится благодаря комбинации различных макетов.
Фашистов замаскированный Кремль сначала сильно сбил с толку. Увы, несмотря на все предосторожности, полностью защитить памятник архитектуры и истории не смогли. Бомбили Кремль 8 раз. Но сами солдаты поговаривали, что какая-то неведомая сила словно защищала это святое место — часть бомб (а всего их было сброшено больше полутора сотен) не взорвалась. Часть взорвавшихся либо причинила минимальный ущерб, либо совсем никакого.
В московских кинотеатрах наряду с художественными фильмами началась демонстрация оборонно-обучающего кино: "Создадим защитные комнаты", "Индивидуальный санхимпакет", "Береги противогаз", "Как помочь газоотравленному", "Простейшие укрытия от авиабомб", "Светомаскировка жилого дома" и т. д. Позже стали показывать и патриотическое кино, в том числе знаменитые "Боевые киносборники".
Из воспоминаний очевидца:
«В октябре 1941 года Москва стала настоящим прифронтовым городом. Линия фронта была в получасе езды на автомобиле. Все товарные станции были забиты составами и промышленным оборудованием — не успевали вывозить. Торопились уехать и жители. На станциях и подъездных путях — ящики с картинами и скульптурой, музейными ценностями. Ночами в небо поднимались сотни огромных огурцов — аэростатов воздушного заграждения».
В начале осени 1941 года в столице началось формирование добровольческих дивизий. На защиту города поднялись десятки, сотни тысяч жителей. Одни шли в дивизии народного ополчения, истребительные батальоны, другие – рыли окопы, строили баррикады, третьи – делали снаряды и мины, четвертые – тушили пожары.
Генеральное наступление вермахта началось 30 сентября. Гитлеровцы обошли главные силы Красной армии, прикрывавшие шоссе Смоленск — Вязьма — Москва. К 7 октября замкнулось кольцо окружения под Вязьмой. В котел попала целая группировка советских войск: 23 стрелковые и 3 танковые дивизии. Южнее, в полосе Брянского фронта, 3 октября гитлеровцы заняли Орел, 6 октября — Брянск. Германское командование считало, что путь на Москву открыт.
15 октября вышло постановление ГКО об эвакуации столицы СССР. Советское правительство, иностранные дипломатические миссии должны были выехать в Куйбышев (ныне Самара). Жители столицы поняли, что положение под Москвой очень тяжелое.
Постановлением Государственного Комитета Обороны (ГКО) от 19.10.41 г. в Москве ведено осадное положение с 20 октября 1941 года. На тот момент около половины москвичей (прим. 2,2 млн человек) покинула столицу. Оставшиеся в городе копали окопы и траншеи, перегораживали улицы противотанковыми ежами и баррикадами, работали на предприятиях.
В ноябре 1941 года когда Москву бомбили очень сильно, метрополитен работал до 17 часов. Вечером в него спускались горожане. Вне зависимости от того, объявили тревогу или нет, люди могли находиться в метро до 5 утра.
С вечера в вестибюли станций выстраивалась очередь желающих занять места поудобнее. Самые лучшие места в вагонах поездов — могли получить только матери с маленькими детьми, остальные размещались на платформах и в тоннелях. Метро было «городом в городе»: там работали библиотеки, кружки, читались политические доклады и лекции, устраивались торжественные мероприятия. В метро дежурили врачи, иногда требовалась помощь даже акушеров — за два года налетов в московской подземке родилось 217 малышей.
Когда налетов стало меньше, метро продлило часы работы: в мае 1942 г. поезда ходили уже до 22 часов. Правда, поездов было мало (бо́льшую часть вагонов в октябре 1941 г. отправили в Узбекистан), и потому ходили они раз в 10–15 минут.
Осада Москвы продолжалась до декабря 1941 г. советские войска перешли в контрнаступление. Гитлеровский план окружения и взятия Москвы был сорван. Сообщение об этом вызвало настоящее ликование в столице. В конце января 1942 года советские войска освободили всю Московскую область - враг был отброшен от столицы на 150-300 км.