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.

Всего в ходе первого налета на Москву были сброшены 104 т фугасных бомб, в т.ч. несколько SC2500, а также 46 тыс. килограммовых зажигалок. По официальным данным, пострадали 792 человека, из них 130—150 погибли. Противовоздушная оборона столицы оказалась более или менее эффективной. Зенитная артиллерия выпустила 29 тыс. снарядов всех калибров, а ночные истребители совершили 173 самолето-вылета. В итоге были сбиты три немецких бомбардировщика, один из которых не смог дотянуть до линии фронта и совершил вынужденную посадку в районе Витебска.

Во время налета некоторые бомбардировщики выходили из зоны зенитного огня в восточном направлении и только потом поворачивали на обратный курс. В связи с этим кое у кого создалось впечатление, что они идут на Горький, и в последнем в 00.02 по московскому времени был подан сигнал «Воздушная тревога».

Готовясь к следующему удару, немцы быстро изменили тактику. Высота полета была увеличена настолько, чтобы бомбардировщики проходили над поднятыми над столицей аэростатами и на максимальной дальности действия прожекторов, что должно было непременно снизить эффективность последних.

В ночь с 22 на 23 июля Люфтваффе совершили второй массированный налет на Москву, в котором участвовали 115 бомбардировщиков. На город были сброшены 98 т фугасных бомб и 34 тыс. килограммовых зажигалок. На сей раз зенитная артиллерия и ночные истребители сбили пять самолетов, что составило 4,3% от участвовавших в налете. Однако помешать удару они не смогли, все бомбардировщики прошли над целью в боевом порядке и поразили большинство из намеченных объектов. От взрывов и возникших пожаров пострадали 63 предприятия и 96 жилых домов. Сильные разрушения получили фабрика им. Свердлова, Пресненский машиностроительный завод, завод газоаппаратуры и др. Сильные пожары полыхали в столице до самого утра.

В ночь на 24 июня немцы произвели третий и последний массированный налет. 125 самолетов сбросили около 140 т фугасных и зажигательных бомб. На этот раз пострадали такие важные промышленные объекты, как авиационный завод № 1 им. Авиахима, машиностроительный завод № 4, завод № 28 и др. Прямыми попаданиями фугасок были разрушены Театр им. Вахтангова и кинофабрика «Мосфильм». Бомбы попали даже в расположенный на Красной площади ГУМ, а также в Кремлевскую больницу. При этом, несмотря на сильный заградительный огонь и многочисленные вылеты ночных истребителей, все «Хейнкели», «Юнкерсы» и «Дорнье» вернулись на свои аэродромы.

Между тем, несмотря на очевидные успехи, командование Люфтваффе не испытывало особого энтузиазма от налетов на советскую столицу. Армейские части, рвущиеся в глубь страны, буквально заваливали штабы воздушных флотов заявками на уничтожение тех или иных целей. Бомбардировщики требовались повсюду, а в то же время атаки Москвы не приносили никакой ощутимой пользы, кроме пропагандистского эффекта. Поэтому собранная с большим трудом авиационная группировка стала быстро растаскиваться, и в последующие месяцы советскую столицу бомбили максимум 30—40 самолетов, а в большинстве налетов участвовало 10—15 машин и менее.

Учитывая относительно небольшое число участвовавших бомбардировщиков, можно констатировать, что операция «Клара Цеткин» закончилась полным успехом Люфтваффе. В ходе первых трех массированных налетов в Москве были полностью или частично разрушены 85 промышленных предприятий, 147 жилых домов и множество других объектов. При этом, по официальным советским данным, погибли 336 человек, еще 1360 получили ранения и контузии. Общие потери немцев составили 8 машин при 367 самолетовылетах. Это не шло ни в какое сравнение с потерями, понесенными год назад над Англией.

Кроме всего прочего, первые массированные налеты Люфтваффе против крупного тылового города выявили недостатки в организации советской ПВО, которые в дальнейшем оказывали большое влияние на ее работу. Наведение ночных истребителей на цель осуществлялось неэффективно в силу отсутствия надежных радиостанций и малым радиусом их действия. Лишь на одном из каждых пяти самолетов, помимо радиоприемников, имелись также радиопередатчики, обеспечивавшие двустороннюю связь, да и те работали из ряда вон плохо. Ни о каких РЛС, применявшихся в Западной Европе немцами и англичанами для поиска целей, наши «соколы» не могли и мечтать. В сумме это давало только один результат – после взлета пилот ночного истребителя был предоставлен сам себе и мог рассчитывать только на световые прожекторные поля и свое хорошее зрение.

Опыт боев над Москвой также показал, что ночью патрулирование истребительной авиации в зоне зенитного огня является нецелесообразным и даже опасным. Во-первых, шум мотора истребителя дезориентировал наблюдателей, во-вторых, летчик рисковал быть сбитым своими же зенитками. Выявилось и несовершенство средств и способов поиска и сопровождения цели лучами прожекторов, особенно на больших высотах, т.е. на пределе дальности действия приборов. Недостаточной оказалась и глубина сплошных прожекторных полей, что затруднило борьбу с бомбардировщиками, поскольку пока истребитель заходил в хвост освещенному самолету и пытался прицелиться, тот уже исчезал в темноте, и все начиналось сначала. С этого момента зенитная артиллерия стала основным средством отражения ночных налетов, а заградительный огонь – главным способом стрельбы по воздушным целям.

В связи с «непредвиденным» развитием событий на фронтах и быстрым продвижением немецких войск в глубь страны возникла острая необходимость прикрыть от ударов с воздуха сразу множество всевозможных объектов, в т.ч. сотни предприятий, готовящихся к эвакуации в Поволжье, Сибирь и Среднюю Азию. Поэтому вскоре после начала войны в Наркомат обороны и Генштаб сплошным потоком пошли ходатайства с просьбой защитить те или иные объекты. Наркомат черной металлургии просил о прикрытии с воздуха 28 предприятий отрасли, Наркомат цветной металлургии – девяти, а Наркомат авиапрома – восьми заводов. В то же время Моссовет умолял усилить ПВО центра города, больше всего переживая за судьбу Центрального телеграфа и Главпочтамта, а также за радиостанцию в г. Электросталь.

Опасались возможных бомбежек и военные. Так, начштаба ГУ ВВС просил защитить штаб военно-воздушных сил в Балашихе, а командование Харьковского военного округа беспокоилось о прикрытии целого промышленного района – Донбасса. Поступали такие ходатайства и из Поволжья. Больше всех тут нервничал первый секретарь Ярославского обкома партии Н. С. Патоличев, просивший организовать ПВО химических заводов и железнодорожного моста через Волгу. Все почему-то вспомнили о необходимости противовоздушной обороны лишь в начале войны, когда «жареный петух» в лице Люфтваффе больно клюнул нерадивых руководителей в одно место. Стало очевидно, что план развертывания частей ПВО, обеспечивающих прикрытие промышленного потенциала страны и коммуникаций, не выдерживает никакой критики.