За успешното изпълнение на стратегически важната задача, като част от втория въздушен флот на "Луфтвафе", е сформирована специална група от над 300 тежки бомбардировача от типа Heinkel He 111, Junkers Ju 88А и Dornier Do.215B. В съветския тил се хвърлят групи с радиоприемници и радиофарове, за да се обозначат предварително посоките за бомбардировки над Москва.
Ръководството на СССР знае отлично, че "Луфтвафе" имат богат опит в бомбардирането на големи европейски градове, затова започва да разработва план за отблъскването им от началото на юли. Изтребителите трябва да започнат да посрещат немските самолети на 200-300 км от Москва, което ще им попречи да разкрият местоположението на градските части за противовъздушна отбрана и въздушните заграждения.
Войската за военновъздушна отбрана на града включва повече от 1000 зенитни оръдия, 300 картечници, над 100 обградителни аеростата, около 600 прожектора, които създават огромна ивица светлина на дълбочина до 40 км и проникват даже пред зоната на противовъздушната стрелба. Изтребителският корпус има около 600 изтребителя, половината от които са от нов тип. Войските за въздушно наблюдение и уведомление и радиолокационните станции наблюдават врага и предупреждават в случай на опасност.
Малко преди първия набег над Москва в града се провежда отборна игра на щаба, за да се разработи правилна стратегия за действие в условия на нападение. Кремъл, Московският общински съвет и други важни обекти са замаскирани като обикновени къщи. На 14 юли Хитлер дава заповед за започване на въздушна офанзива срещу Москва, след което са избрани пилотите и в нощта на 21 срещу 22 юли атаката започва.
Немците са добре подготвени за първия набег. Всяка група има самолет-лидер, като самите групи летят в ешелони, в такт и на различна височина, а радиофаровете, монтирани на земята, осигуряват отлична координация на екипажите на бомбардировачите. Решено е нападението да се организира през нощта, тъй като немците знаят, че в състава на изтребителните полкове на московската система за противовъздушна отбрана няма много пилоти на нощни изтребители и не всички зенитни картечници и оръдия са снабдени с прожектори.
В небето под тревога се издига 11-ти изтребителен полк. Именно той посреща първата група немски бомбардировачи, които летят в плътен строй без съпровождение от изтребители и се прикриват с бордова стрелба. Капитан Константин Титенков напада главния с картечница, от втория път той успява да повреди самолета. Благодарение на това взаимодействието на групата, както и на строя, се разпада.
След това в битката се включват пилотите на 12-и изтребителен авиационен полк. На път са следващите групи бомбардировачи, които се опитват да заобиколят прожекторите и да се измъкнат от огъня на противовъздушните батареи. Тогава е решено да се създаде огнена стена с помощта на няколко зенитни батареи. Чрез откриване на предупредителен огън съветските зенитни батареи успяват да създадат огнена вълна. Разчита се основно на човешката психология, тъй като не всеки би рискувал да се опита да пробие гъстите облаци от взрива. Това наистина помага. Повечето от немските самолети се отклоняват от целта и хвърлят бомби където им попадне.
Изненада очаква и следващите групи вражески бомбардировачи. По време на полета те виждат много прожектори, създаващи светло поле. Заради тях те се издигат на височина от 4500 метра и след като стигат до Москва, са на път да хвърлят бомби, но радиооператорът ги предупреждава за аеростатите.
Това идва като изненада за екипажите. Немците добре знаят, че аеростати не се издигат на повече от 2000 метра, а тук височината е 2 пъти по-висока. Бомбите отново са пуснати на случайни посоки и самолетите се връщат обратно. Един от най-добрите пилоти на бомбардировачи, старши лейтенант Бетхер, припомня пред "Российская газета" за набезите по съветската столица така:
"От всички полети, които направих на Изток, най-трудни бяха нощните набези по Москва. Противовъздушният огън беше много интензивен и се провеждаше с плашещо висока групировка".
Първият набег на Москва е отблъснат, в него "Луфтвафе" губят 22 бомбардировача. Отделни самолети обаче успяват да пробият и да бомбардират града. В резултат на това са ранени над 600 души, повредени са железопътни линии, водопроводи, газопроводи и участъци от електромрежи; има много пожари в града, над 30 сгради са повредени. Компетентната работа на системите за противовъздушна отбрана и изтребителните полкове позволява да се избегнат големи разрушения. Немците не са допуснати да превърнат Москва в прах, както е планирано първоначално.
По време на набезите жителите на Москва използват метрото като убежище от бомбардировките. Вечерта там се струпват опашки, които се борят за по-добро място, тоест във вагона на влака. Въпреки това, там се допускат първо жени с малки деца.