Under den store fedrelandskrigen (det russiske navnet for østfronten under andre verdenskrig) var hovedkvarteret for forsvaret og generalstaben for Den røde armé plassert i Moskva. I 1941 ble 16 divisjoner (over 160 000 personer), 25 bataljoner (18 800 personer) og fire ingeniørregimenter dannet ut av frivillige moskovitter. I november 1941 ble den tyske Senterarmé stoppet i byens forsteder og dernest drevet ut under slaget om Moskva. Mange fabrikker ble evakuert sammen med mye av sentraladministrasjonen, og fra den 20. oktober ble byen erklært under beleiring. De tilbakeværende innbyggerne bygde og bemannet panservernvåpen-forsvarsverker, mens byen ble bombardert fra luften. Det er verdt å merke at Josef Stalin nektet å forlate byen, hvilket betydde at den øverste militære ledelsen også forble. Til tross for beleiringen og bombingene fortsatte byggingen av Moskvas metro, som begynte tidlig på 1930-tallet, og ved krigens slutt åpnet flere nye metrolinjer. Den 1. mai ble en medalje: 1944 stiftet, og i 1947 ble en annen medalje innstiftet – . For å feire 20 år siden seieren under andre verdenskrig ble Moskva den 8. mai 1965 sammen med elleve andre byer utnevnt til helteby.