Немецкие летчики в середине июля также были вынуждены действовать с большим напряжением, выполняя по нескольку вылетов в день, что вело к быстрому износу боевой техники, а поставки необходимых запчастей запаздывали и к тому же не были предусмотрены в необходимом количестве. Инженер 51-й истребительной эскадры капитан Бехт докладывал 15 июля:
«По сравнению со штатной численностью силы эскадры уменьшились на 47 %. На аэродромах находятся 26 небоеспособных машин, большей частью с повреждениями от наземного огня, из них 10 стоят без двигателей. На 58 боеспособных машинах имеются 22 мотора с выработанным более чем на 50 % ресурсом — в ближайшее время они могут выйти из строя и поэтому нуждаются в капитальном ремонте. Из имевшихся на 22 июня в группах I, II и III самолетов 89 потеряно и только 49 пригодны к боевым действиям».
Из числа руководства JG 51 14 июля был тяжело ранен командир 7-й эскадрильи обер-лейтенант Штайгер. Двумя днями позднее был сбит на бреющем полете командир 5-й эскадрильи обер-лейтенант Колбов, записавший на свой счет 27 побед. Его заменил лейтенант Стеффене (22 победы), который командовал эскадрильей только до 30 июля, после чего тоже был сбит в воздушном бою под Бобруйском и погиб.
18 июля по решению Ставки ВГК на подступах к Москве был создан фронт Можайской линии обороны, включавший в себя Волоколамский, Можайский и Малоярославский укрепленные районы. Развертывались здесь 32,33 и 34-я армии, сформированные в основном из дивизий московского народного ополчения. С воздуха их прикрывали ВВС в составе 75 самолетов под командованием Г.А. Ворожейкина.
В районе Смоленска немецкие танковые колонны прорвали оборону советских войск на правом фланге и в центре, и захватили к 20 июля Оршу, Кричев и Ельню. 16, 19 и 20-я советские армии вынуждены были сражаться почти в полном окружении. Их снабжение осуществлялось только по Старой Смоленской дороге с переправой через Днепр у села Соловьева, в 50 км восточнее Смоленска. Эта важнейшая транспортная артерия находилась под постоянным прицелом самолетов люфтваффе, и поэтому все время приходилось привлекать для ее защиты истребительные подразделения.
Получив в свое распоряжение бывшие советские аэродромы в районах Орши, Смоленска, Витебска и Ельни, немецкое командование тут же приступило к подготовке воздушных налетов на Москву, выполняя приказ Гитлера, который еще 8 июля 1941 года, вдохновленный успешным ходом Восточной кампании, потребовал «разрушить массированными воздушными налетами Москву и сровнять ее с землей». Для воздушного нападения на столицу СССР были выделены бомбардировочные эскадры с большим опытом разрушения европейских городов — KG 2 (имеющая на вооружении самолеты Do 17Z), KG 3 (Ju 88А), KG 4 «Генерал Beвер» (Не 111), KG 28 (Не 111), KG 53 «Легион Кондор» (Не 111), KG 54 (Не 111), KG 55 «Гриф» (Не 111), а также отдельные группы самолетов-наводчиков KGr 100 и III/KG 26. Всего в налетах на Москву немцы планировали использовать около 270 бомбардировщиков. Все экипажи самолетов были хорошо подготовлены к продолжительным ночным полетам, многие из них возглавляли старшие офицеры люфтваффе. Предварительно команда Теодора Ровеля провела тщательную разведку района Москвы и ее системы ПВО. Проводилась она обычно одиночными самолетами с большой высоты полета. С 1 и по 22 июля в границах московского корпуса ПВО было зафиксировано 89 самолето-пролетов разведчиков, из которых девять прошли прямо над городом. Одновременно производились дневные налеты на прилегающие к столице города Можайск, Волоколамск и др.
Защита Москвы в начале Великой Отечественной войны возлагалась на 1-й корпус ПВО под командованием генерал-майора артиллерии Д.А. Журавлева, а также на 6-й истребительный авиационный корпус, созданный на базе 24-й истребительной авиадивизии и управления 78-й истребительной дивизии, которая только находилась в процессе формирования. 6-й авиакорпус летом 1941 года возглавлял полковник И.Д. Климов. Согласно организационной структуре 1-й корпус ПВО и 6-й ИАК входили в состав Московской зоны противовоздушной обороны под командованием генерал-майора М.С. Громадина.
Внушительные силы, стянутые к 22 июлю для обороны Москвы с воздуха, представляли для немцев почти непреодолимую преграду. Так, зенитная артиллерия ПВО Москвы включала в себя 796 средних и 248 легких зенитных орудий, а также 336 зенитных пулеметов. К этому следует добавить 618 прожекторных установок и 303 привязанных аэростата. Малокалиберная зенитная артиллерия с целью увеличения эффективности стрельбы нередко размещалась внутри Москвы на крышах зданий, например, на крышах гостиницы «Москва» и цехах завода им. Лихачева. За счет этого зенитчики могли вести огонь при любых углах возвышения и в любом направлении.
Наземные командные пункты имели 580 наблюдательных постов, оборудованных проводной связью. Радиолокационные установки РУС-1 и РУС-2 обеспечивали обнаружение самолетов противника на удалении до 120 км. Первая полоса предупреждения о налетах располагалась в 200–250 км от города, вторая — в 50–60 км. В радиусе около 120 км от центра Москвы было создано сплошное поле наблюдения.
В 6-й ИАК, обороняющий Москву с воздуха, входили 11 истребительных авиаполков, имевших в наличии 147 самолетов МиГ-3, 49 ЛаГГ-3, 160 Як-1, 192 И-16 и 54 И-153.
Первый массированный налет на Москву был совершен в ночь с 21 на 22 июля 1941 года и длился в течение почти пяти часов. При этом немцами использовались уже испытанные во время воздушной войны над Англией методы наведения бомбардировщиков с помощью радионавигационной аппаратуры «Х-Gerat». Она состояла из наземных радиомаяков и специальной бортовой аппаратуры, которой были оборудованы самолеты-наводчики 100-й отдельной бомбардировочной группы. Каждый бомбардировщик, оснащенный «Х-Gerat», являлся лидером группы обычных бомбардировщиков и в ночных условиях летел по направленному на цель узкому радиопеленгу в центре более широкого радиопеленга. Недалеко от цели он перехватывался еще тремя радиопеленгами, первый из которых давал как бы общее предупреждение, второй — предварительный сигнал, а третий — главный сигнал. От последней, третьей точки, после прохождения короткой расчетной дистанции бомбы сбрасывались автоматически. В бомбоотсеках самолетов-наводчиков находились только осветительные и зажигательные бомбы, которые служили хорошим ориентиром для остальных бомбардировщиков.
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».