בשעה 5:30 בבוקר התכנסה ישיבה בלשכת דיין. דיין דחה את ההצעה למתקפת מנע של חיל האוויר, והפורום דן בעניין גיוס המילואים. דיין דחה גם את דרישת אלעזר לגיוס מילואים מלא, ודרש כי יגויסו מילואים הדרושים "למגננה בלבד". דיין טען כי יש חשיבות לכך שישראל תיראה כמותקפת ולא כתוקפנית בעימות הזה, על מנת להבטיח את תמיכתה של ארצות הברית. שיקול זה נראה לו כגובר על כל שיקול צבאי שדרש גיוס כוחות וריכוזם המהיר אל מול המהלומה הקרבה. בשל חילוקי דעות אלו, צורפה גולדה מאיר לדיון. בין הדיון עם דיין ובין הצטרפותה של גולדה חלפו כשעתיים. לימים קבעה ועדת אגרנט כי אחד ממחדליו הגדולים ביותר של אלעזר הוא, כי השהה את גיוס המילואים עד שגולדה תכריע בעניין. גם גולדה דחתה את הדרישה למהלומה אווירית מונעת, אם כי הכריעה בעד גיוס מילואים גדול יותר בהיקפו מזה שדיין הסכים לו, ופחות מזה שדרש אלעזר. להפתעה הכללית של המלחמה נוספה העובדה כי הפלישה לא החלה בשעה לה ציפו, כי אם ארבע שעות מוקדם יותר, בשעה 14:00.
"חורבן הבית השלישי".
בראיון שנתן ארנן עזריהו, יועצו של השר ישראל גלילי, לאבנר כהן, תיאר עזריהו התייעצות שקיימה ראש הממשלה, גולדה מאיר, עם השרים דיין, גלילי ויגאל אלון, בצהרי 7 באוקטובר 1973, היום השני למלחמת יום הכיפורים, לאחר שקיבלו סקירה מהרמטכ"ל דוד אלעזר. בסופה של התייעצות זו הציע דיין, לקיים, לנוכח חומרת המצב בחזיתות, הפגנה של יכולתה הגרעינית של ישראל. השרים אלון וגלילי התנגדו בתוקף להצעה, וזו נדחתה על ידי ראש הממשלה, גולדה מאיר, שאמרה לדיין: "תשכח מזה".
ב-7 באוקטובר אחר הצהריים, שב דיין לתל אביב מביקור אצל האלוף גונן בחזית הדרום. בשדה דב שמע אותו אחד האלופים מדבר על הפסד או חורבן "הבית השלישי".
לאחר שני ימי מלחמה נראה היה כי מצבה של מדינת ישראל הוא בכי רע. הצבא המצרי פתח במבצע באדר לחציית תעלת סואץ וניתק את מעוזי התעלה. מתקפת הנגד של 8 באוקטובר כנגד המצרים נכשלה. מאות טנקים ועשרות מטוסים אבדו בימי הלחימה הראשונים, ובצפון נערכו קרבות בלימה קשים, כאשר בשלבים מסוימים נפרץ הקו הישראלי, אך הסורים לא ניצלו את ההצלחה לפלישה לגליל.
בישיבת הממשלה שנערכה באותו יום, 8 באוקטובר 1973, זעזע דיין את הממשלה כשסיפק מידע על המצב לאשורו (וזאת בשעה שהתעמולה הרשמית דיברה על ניצחונות ועל אווירה של "נשבור להם את העצמות"). דיין הציע נסיגה לאזור שארם א שייח, והקמת קו "בשליש המערבי של סיני". מאוחר יותר, בישיבת "ועדת העורכים" של העיתונות דיווחו העיתונאים שנכחו בישיבה, שדיין נסך תחושה כללית של הלם ואובדן עשתונות, ובאופן כללי על "חורבן הבית השלישי". דיין הודיע כי באותו ערב יופיע בטלוויזיה, וימסור את האמת לציבור. גולדה מאיר מנעה אותו מכך, ובמקומו הופיע האלוף אהרן יריב, שהעביר מסר מתון וזהיר.
8 באוקטובר נחשב כנקודת השפל החמורה ביותר שאליה הגיע דיין, ולאחריה הצליח להתעשת. הצעתו לנסיגה של הכוחות מהשליש המערבי של סיני לא התקבלה. רב-אלוף חיים בר-לב הצליח לייצב את המצב בחזית דרום (הוא גויס לסייע, לאחר שכבר שימש בתפקיד שר המסחר והתעשייה, ונתמנה למפקד חזית הדרום, מעל ראשו של שמואל גונן (גורודיש) שלא הצליח לכפוף למרותו את מפקדי האוגדות ובכך איבד שליטה על החזית), ובצפון הצליח צה"ל לבלום את המתקפה הסורית, ואף להעביר את הלחימה לשטח סוריה. בקרב השריון של ה-14 באוקטובר הצליח צה"ל לשבור את התקפת השריון המצרי, ובלילה שבין 15 באוקטובר ו-16 באוקטובר פתח צה"ל במבצע אבירי לב שבמסגרתו חצתה אוגדה 143 בפיקודו של אריאל שרון את התעלה. הפסקת האש ב-24 באוקטובר סיימה למעשה את המלחמה.
על תפקודו של דיין במהלך אירועים אלו כתב חיים הרצוג:
לעומתו, כתב אברהם אדן על מסקנותיו של דיין ב-8 באוקטובר בערב:
לעומת דיין, גילו אחרים כדוד אלעזר, חיים בר-לב ואריאל שרון חוסן נפשי ונחישות, שהיה בה כדי לסייע לכוחות הלוחמים להחזיק מעמד אל מול המתקפה הכבדה, ולסיים את המלחמה כאשר צה"ל מצוי בשטחן של סוריה ומצרים, והארמייה השלישית המצרית מכותרת בסיני ונתונה בסכנת מוות מצמא.
ועדת אגרנט.
לאחר המלחמה המשיך דיין לשמש כשר הביטחון, ואף ניהל את המשא ומתן על הסדרי הביניים עם מצרים ועם סוריה. הבחירות לכנסת השמינית, אשר נדחו בשל המלחמה, התקיימו ביומה האחרון של שנת 1973. המערך זכה ב-51 מנדטים, וגולדה מאיר החלה במלאכת הרכבת הממשלה. מלאכה זו נמשכה למעלה מחודשיים, לא מעט בשל העובדה כי רבים מן השרים לא היו מוכנים לכהן בממשלה שבה משמש דיין בתפקיד שר הביטחון. דיין הודיע על פרישתו מן התפקיד, אך "לאחר הפצרות גולדה" שב וקיבל את התפקיד לידיו. בכנס סגל הפיקוד העליון, שנערך בפברואר 1974, בבסיס חיל האוויר חצור להפקת לקחים ממלחמת יום הכיפורים, עלה אל"ם גדעון מחניימי על הבמה ונוכח ראש הממשלה גולדה מאיר ודרש במפגיע משר הביטחון משה דיין להתפטר בשל מחדליו טרם המלחמה ובמהלכה באומרו- "אם זו הגרסה שלך, אין לי אמון בך". מחניימי התבקש לא להגיע ליומו השני של הכנס, בעקבות דרישת דיין, וקידומו הצבאי נבלם. הממשלה החדשה הושבעה ב-10 במרץ 1974.
ב-1 באפריל 1974 הוגש לממשלה דו"ח הביניים של ועדת אגרנט שמונתה לחקור את אירועי מלחמת יום הכיפורים. הוועדה המליצה על הפסקת כהונתו של דוד אלעזר כרמטכ"ל, וקבעה קביעות קשות ביותר באשר למערך המודיעין, ולראשו אלי זעירא, וכן באשר לאלוף שמואל גונן. באשר לדיין קבעה הוועדה כי הוא אינו נושא באחריות אישית, שכן נשמע לעצת הדרג הצבאי, ולא הייתה עליו חובה לגבש דעה משלו, העומדת בסתירה להערכות גורמי הצבא.
ההחלטה להסיר את האחריות מעל כתפי הדרג המדיני התקבלה בתדהמה ובהלם. רבים קראו להתפטרותם המיידית של גולדה ושל דיין. נראה היה לציבור כי אלעזר משמש כשעיר לעזאזל של הדרג המדיני, וכי הוא נושא לבדו כמעט באחריות לה צריכים להיות שותפים רבים יותר. הפגנות רבות מול הכנסת ביטאו את מחאתו וזעמו של הציבור. עוד בפברואר 1974 פצח קצין מילואים בשם מוטי אשכנזי בשביתת רעב אל מול משרד ראש הממשלה בדרישה להדיח את דיין. אל דגלו של אשכנזי, ושל קצין נוסף, אסא קדמוני, הצטרפו אלפים.
לאחר פרסום הדו"ח לא הייתה יכולה עוד גולדה מאיר לשאת בלחץ הציבורי, והודיעה על התפטרותה. לאחר שיח ושיג פוליטי הוחלט כי את תפקיד ראש הממשלה יקבל יצחק רבין. אך בכך לא היה די. הלחץ על דיין להתפטר ולא לשמש בתפקיד בממשלת רבין היה כבד. שרי אחדות העבודה, יגאל אלון וישראל גלילי, הודיעו כי לא ימשיכו לשבת בממשלה אם ימשיך דיין לשבת בה. על דיין הופעל לחץ שלא להתייצב לישיבות הממשלה, על אף שהמדובר בממשלת מעבר, אשר על פי החוק לא ניתן להתפטר ממנה. משהוצגה הממשלה החדשה בראשותו של רבין, ב-3 ביוני 1974, נעדר שמו של דיין מרשימת השרים, לראשונה מאז 1967.
בשנת 1976 התמנה לעורך עיתון יומי חדש בשם "היום הזה" שהוקם על ידי מספר אנשי עסקים בהם אליעזר ז'ורבין. העיתון הופיע כשלושה חודשים בלבד בטרם נסגר.
כשר החוץ בממשלת בגין (1977–1979).
לפני הבחירות לכנסת התשיעית, שהתקיימו במאי 1977, היה דיין למועמד מבוקש ומחוזר על ידי שתי המפלגות הגדולות. דיין דרש ממפלגתו הצהרה שלפני נסיגה ביהודה ושומרון יתקיימו בחירות חוזרות לכנסת סביב הסוגיה. ראש הממשלה, יצחק רבין, לא הסכים להתחייב לכך, אך המפלגה עשתה מאמצים למנוע את פרישתו, ולבסוף גובשה פשרה ודיין הסכים להיכלל ברשימת המערך. מנחם בגין היה מעוניין בדיין, אשר עדיין שמר על הילה של מדינאי בכיר, ואדם המקובל במסדרונות השלטון בוושינגטון, על מנת למתן את התדמית הקיצונית שרדפה אותו עוד מימי דוד בן-גוריון. דיין עמד במשא ומתן עם בגין, אשר התפוצץ בגלל סירובו של בגין לדרישתו להצהיר כי כל עוד עומדת ישראל במשא ומתן עם ארצות ערב על הסכמי שלום, לא תוחל הריבונות הישראלית על השטחים או על חלק מהם. דיין התמודד לבחירות אלו מטעם המערך (השני) ונבחר לכנסת.
לאחר ניצחון הליכוד בבחירות הסכים בגין לתנאיו של דיין, בשינוי סמנטי קל (את המילה "כל עוד" החליפה המילה "בעוד"). דיין הצטרף לממשלתו של בגין בתפקיד שר החוץ. החלטה זו עוררה חמת זעם וסערה, ושמעון פרס דרש כי דיין יחזיר למפלגת העבודה את המנדט שלקח עמו. דיין לא הסכים לכך, והפך ל"סיעת יחיד". את נאום ההשבעה של דיין כשר החוץ ליוו צעקות בוז רמות וקריאות ביניים. דיין הואשם על ידי חבריו באופורטוניזם והמעבר שלו, כמי שבמשך כל חייו השתייך לתנועת העבודה, אל שורות הליכוד, נחשב על ידי תומכי המערך כחציית קווים בלתי נסלחת.
בפגישה סודית שנערכה במרוקו, שאליה הגיע דיין מצרפת במטוסו הפרטי של המלך חסן השני כשהוא לבוש בפאה נוכרית וחבוש במשקפי שמש במקום הרטייה המפורסמת, הפגיש מלך מרוקו את דיין, ב-16 בספטמבר 1977, עם ד"ר חסן תוהאמי, שליחו ויועצו האישי של נשיא מצרים אנואר סאדאת (ששימש רשמית בתפקיד סגן ראש ממשלת מצרים). פגישה זו הייתה בבחינת פריצת דרך מדינית, שהובילה למגעים ישירים בין ישראל ומצרים, ששיאם בביקורו ההיסטורי של סאדאת במדינת ישראל. תוהאמי העביר דרך דיין לבגין את תביעת סאדאת כי תינתן לו "מילה של כבוד" כי ישראל תיסוג מן השטחים, ובתמורה לכך ינוהל משא ומתן לשלום. לבסוף ביקר סאדאת בירושלים מבלי שהובטח לו במפורש דבר מראש.
במהלך ביקורו ההיסטורי של סאדאת בירושלים, ב-19 בנובמבר 1977, נפגשו לראשונה שני מנהיגים אלו, שהנהיגו את ארצותיהם במלחמת יום הכיפורים. הביקור היה טקסי ברובו, וכלל נאומים נמלצים של שני הצדדים. הדרך אל השלום הייתה עדיין ארוכה. דיין מעיד כי יחסו של סאדאת אליו היה קורקטי, בניגוד ליחס החם שהפגין לאחרים, כגון עזר ויצמן.