Между тем компетентность командиров ПВО и службы ВНОС оставляла желать лучшего. В первые недели войны при зенитной стрельбе снарядами старого образца в воздухе обычно образовывались белые облачка примерно одинакового размера. Незадачливые наблюдатели очень часто принимали их за раскрывшиеся парашюты вражеского десанта. В итоге штабы попросту лихорадило от сообщений о «немецких десантниках», выбрасывавшихся то тут, то там. Бывали и более вопиющие факты.

Однажды в ГУ ПВО поступило совершенно ошеломляющее известие о том, что в направлении г. Владимира прорвалась группа вражеских дирижаблей, которая производит высадку крупного воздушного десанта. В район «высадки» были тотчас отправлены командирские разъезды из офицеров ПВО, а также авиация! Естественно, вскоре выяснилось, что никаких дирижаблей и парашютистов не было и быть не могло. Просто необычного вида кучевые облака были приняты за дирижабли, а дальше от испуга и вовсе разыгралась фантазия… Все эти доклады о мнимых парашютистах настолько доконали товарища Сталина, что он второпях потребовал даже предавать злостных паникеров военно-полевому суду.

С первых дней войны самолеты дальней разведки Люфтваффе стали совершать полеты над глубокими тыловыми районами Советского Союза, в т.ч. и над крупными городами, такими как Москва и Ленинград. Так, днем 7 июля экипаж Ju-88D из 4-й эскадрильи Aufkl.Gr.Ob.d.L. в составе пилота обер-лейтенанта Корнелиуса Ноэля и штурмана-наблюдателя обер-лейтенанта Йозефа Биспинга в ходе разведывательного полета сделал подробные и качественные снимки Москвы, которые впоследствии были использованы для подготовки первых массированных налетов на советскую столицу[35]. В 13.00 15 июля Ju-88D «6M+DM» унтер-офицера Рихарда Лёвера из 4-й эскадрильи AufM.Gr . 11 трижды на высоте 6500 м прошел над центром столицы. При этом на перехват были подняты три ЛаГГ-3 из 231-го ИАП, но сбить разведчик им не удалось, хотя собственные потери составили один истребитель. Результатами этих полетов интересовался лично инспектор разведывательной авиации Люфтваффе генерал Рудольф Богач. На основании данных наблюдений пилотов составлялась схема расположения советской зенитной артиллерии, а также изучалась тактика действий истребителей ПВО.

Между тем бомбить тыловые советские города и саму Москву немцы не торопились. В соответствии со стратегией блицкрига приоритет отдавался поддержке наступления сухопутных войск и нанесению ударов по коммуникациям в прифронтовой полосе. И лишь 19 июля Гитлер подписал директиву ОКХ № 33, в которой предусматривалось воздушное наступление на Москву, после которого должны были последовать удары по Ленинграду, Горькому, Рыбинску и другим промышленным центрам. Когда командование Люфтваффе в ответ посетовало на недостаток сил, фюрер распорядился перебросить на Восточный фронт несколько авиагрупп из Бельгии и Франции. Первый удар по советской столице был запланирован на 21 июля.

Накануне налета на Москву германская бомбардировочная авиация получила значительные, по ее меркам, подкрепления. На аэродромы в Восточной Пруссии и Восточной Польше прибыли пять авиагрупп: I./KG28, III./KG26,1. и III./KG4, а также KGr. 100, располагавшие в общей сложности 119 исправными бомбардировщиками Не-111.

В 18.00 по берлинскому времени[36], т.е. когда в Москве было уже восемь часов вечера, с аэродромов начали один за другим взлетать немецкие бомбардировщики. В общей сложности в воздух поднялись 127 самолетов из девяти эскадр. Это была примерно четверть всех бомбардировщиков, которыми располагали Люфтваффе на Восточном фронте. Собравшись в боевые порядки, группы «Хейнкелей», «Юнкерсов» и «Дорнье» взяли курс на Москву. При этом роль цельфиндеров выполняли Не-111 из KGr. 100 гауптмана Хельмута Кюстера. В районе захваченной немцами Орши был установлен специальный радиомаяк, посылавший узконаправленный сигнал точно в направлении Москвы. Держась в его створе, «Хейнкели» следовали строго определенным курсом и при достижении цели должны были сбросить контейнеры с осветительными ракетами. В тот момент, впервые пролетая над бескрайними русскими просторами, немецкие летчики не подозревали, что им придется провести здесь несколько долгих лет. Среди пилотов многочисленных бомбардировщиков, рассекавших холодный ночной воздух, находились такие известные в будущем личности, как майор Эрнст Кюхл, гауптман Вильгельм Антруп. В одном из «Хейнкелей» в составе KGr.100 летел обер-лейтенант Ханс Бётхер, которому впоследствии было суждено стать лучшим пилотом бомбардировочной авиации в мировой истории.

В 21.00 по московскому времени самолеты прошли линию Рославль – Смоленск, где и были замечены многочисленными постами ВНОС. В результате за оставшиеся полтора часа силы ПВО сумели основательно подготовиться к отражению налета. На тот момент защищавший Москву 1-й корпус ПВО имел 796 орудий среднего калибра, 248 пушек малого калибра, 336 счетверенных пулеметных установок, 618 прожекторов и 124 аэростата заграждения. 6-й ИАК располагал почти 500 истребителями, в т.ч. 127 высотными перехватчиками МиГ-3, а также двумя эскадрильями, укомплектованными летчиками-испытателями. Однако многие самолеты находились в неисправном состоянии, а летчики-ночники составляли не более трети от всего личного состава.

Первыми над городом появились «Хейнкели» из KGr.100, сбросив на него осветительные и зажигательные бомбы и четко обозначив цель для последующих бомбардировщиков. Объекты и сектора столицы были поделены между эскадрами. Так, KG55 «Грайф» бомбила Кремль, здание ЦК ВКП(б) и МОГЭС, KG53 «Легион Кондор» – Белорусский вокзал и фабрику им. Клары Цеткин, KG4 «Генерал Вефер» наносила удар по западным и северным районам столицы. Бомбардировщики шли над городом на высоте 2000-4000 м, не ожидая сильного противодействия. В итоге многие из них попали в самую гущу световых прожекторных полей, после чего долгое время обстреливались зенитками и подвергались атакам истребителей. Неожиданностью было также большое количество висящих повсюду аэростатов. В итоге строй самолетов был частично нарушен, и не все смогли точно поразить свои цели. Тем не менее многие экипажи все же выполнили свою задачу.

В ходе бомбардировки в Москве возникли 1166 пожаров, в т.ч. на оборонных объектах – 36, на объектах военных ведомств – 70, на объектах железнодорожного транспорта – 8, на хозяйственных объектах – 241 и в жилом секторе – 660. Пострадали и такие важные заводы, как авиационный № 1, на чью территорию упали четыре крупных фугасных бомбы и 173 «зажигалки». Одна бомба SC500, сброшенная с Не-111 из II./KG55, попала в Большой Кремлевский дворец, пробила перекрытие в Георгиевском зале, воткнулась в пол и не взорвалась. В 30 м от здания, в Тайницком саду, взорвалась вторая бомба, кроме того, в разных частях Кремля попадали термитные зажигалки типа В1. Фугасная бомба крупного калибра попала в дом № 10 на ул. Моховой, недалеко от Кремля. В результате один подъезд полностью обрушился, в подвале были завалены несколько десятков людей.

Во многих местах города были выведены из строя водопровод, газопровод и линии электросети. Бомба, сброшенная «Хейнкелем» из KG53, разрушила водопровод большого диаметра на площади Белорусского вокзала. Вода мощным потоком устремилась к станции метро, где скрывались несколько тысяч женщин и детей. Люди вынуждены были в панике выбегать на улицу и искать другие укрытия. На самом вокзале и прилегающих железнодорожных путях возникли огромные очаги пожаров, полыхавшие до утра. На всю столицу разносился ужасающий грохот взрывающихся вагонов с боеприпасами и цистерн с горючим.