Применение аппаратуры «Х-Gerat» позволило гитлеровским пилотам нанести изрядные разрушения Лондону, однако противовоздушная оборона Москвы оказалась им «не по зубам». Сквозь многочисленные истребительные и зенитные заслоны к городу удалось прорваться лишь одиночным самолетам, беспорядочно сбросившим бомбы куда попало. Основная масса вражеских бомбардировщиков вынуждена была освободиться от бомб над подмосковными лесами и полями. Штурман самолета Не 111 из KG 53, сбитого в ночь на 22 июля, так описывал свои впечатления:
«Боевой приказ гласил: ночной налет значительными силами на «Клару Цеткин». Имелась в виду Москва. Целью нашего налета были авиационные заводы в Москве и ее окрестностях.
Далеко перед нами в темноте лежит Москва. Прожекторы, как иголками, колят нас в глаза своим светом. А ведь ожидалась слабая система ПВО. Первые прожекторы на подступах к городу, подобно пальцам, возбужденно играли в ночи. И этого блеска становилось все больше и больше. Я насчитал их сотни. Сейчас мы думали: «Только бы нам повезло!» И это слабая противовоздушная оборона, если верить сказанному на предполетном инструктаже? Один прожектор коснулся нас, потом потерял, вернулся снова и захватил нас. Сразу более 30 прожекторов опутали самолет ярким светом. Зенитки открыли огонь из всех стволов. Перед нами, над нами, слева и справа вокруг нас появились разрывы снарядов. Если мы сумеем пересечь этот дьявольский котел, то будем очень счастливы. Такого сильного артиллерийского огня мы не видели даже над Лондоном.
Грохот, блики огня, машина затряслась — в нас попали. Я ставлю бомбы на боевой взвод и жму рычаг аварийного сброса».
Всего в налете приняли участие 220 немецких бомбардировщиков, следующих четырьмя колоннами на высоте 2000–3000 м. Их своевременно обнаружили посты ВНОС, и началось пятичасовое сражение в ночном небе. За это время советские истребители выполнили 173 самолето-вылета, действуя в световых прожекторных полях. В каждом поле патрулировали 2–3 истребителя. Светящиеся стрелы на земле обозначали направление полета вражеских бомбардировщиков. В ходе проведенных 25 ночных боев летчики ПВО сбили 12 немецких самолетов, а в целом, по окончательным данным, были уничтожены 22 машины люфтваффе. Среди летчиков-истребителей в боях ночью 22 июля отличился командир эскадрильи 11-го ИАП капитан К.Н. Титенков, который сбил флагманский Не 111 с командиром немецкой группы, полковником на борту. 11-й ИАП базировался на подмосковном аэродроме в Кубинке и оснащался истребителями Як-1 первых опытных серий, еще с многочисленными недоработками конструкции. В отражении первого немецкого налета на Москву принимал участие в составе 6-го ИАК и известный впоследствии летчик-испытатель М.Л. Галлай, взлетевший на истребителе МиГ-3 и уничтоживший бомбардировщик Do 17Z.
Ущерб от бомб, сброшенных на Москву, оказался незначительным, хотя немцы готовили налет весьма тщательно. Была выделена даже специальная группа из KG 53 (35 Не 111) под командованием подполковника Кюля, целью которой являлась бомбардировка непосредственно Кремля. Любопытно, что после возвращения немецкие экипажи доложили о выполнении этого задания, но были опровергнуты уже данными фотоконтроля!
Самоотверженность и организованность в Москве проявили пожарные команды, созданные на предприятиях и в домах из гражданского населения. Они быстро и своевременно ликвидировали отдельные очаги пожаров, возникших в результате бомбардировок.
Второй налет на Москву состоялся на следующую ночь, когда немцы атаковали город силами около 200 бомбардировщиков. Начался налет в 22:10 22 июля и завершился в 2 часа ночи 23 июля. В список потерь люфтваффе попали еще 15 самолетов. В следующем налете в ночь на 24 июля приняли участие 190 самолетов, из которых к городу прорвались всего два, да и те были сбиты подразделениями ПВО. В ночных схватках проявил незаурядное мастерство младший лейтенант А.Г. Лукьянов из 34-го ИАП, уничтоживший за четверо суток 3 немецких самолета (2 Не 111 и 1 Ju 88). Все свои жертвы, попавшие в лучи прожекторов, он атаковал сзади снизу, с дистанции 100–200 м.