面对德军的空中威胁，苏联国防委员会于7月9日专门做出《莫斯科对空防御》的决定，防空兵力迅速增加。至7月末，直接担负莫斯科防空的有歼击机602架，高射炮1044门，高射机枪336挺，探照灯站618座，拦阻气球站124座，警戒雷达8部，对空监视哨612个，并动员全市30万人参加各种防空组织，建立起纵深200至250公里的防空配系。

　　7月21日夜间，德军出动近250架轰炸机首次空袭莫斯科，持续近5个小时，投炸弹104吨，燃烧弹4.6万颗。当夜苏联防空部队共击落德机22架，约占来袭敌机的10%。此后德军投入空袭的飞机急剧减少，至年底对莫斯科夜间空袭共76次，其中59次只有3至10架轰炸机，共计炸死1356人，炸毁工厂2座，破坏建筑物167所。

　　据苏联材料显示，1941年7月至12月，德国飞机空袭莫斯科122次，共投入飞机8000余架次，突入市区的仅229架次，只占空袭飞机的2.8%。莫斯科防空部队共歼灭德国飞机952架，取得了防空作战的胜利。在第二次世界大战中，莫斯科虽然地处前线，但却是参战国家中建筑物未遭严重破坏、人员没有重大伤亡的唯一首都。