На сей раз на город было сброшено 98 тонн фугасных бомб и 34 тысячи килограммовых зажигалок. Интересно, что зенитная артиллерия выпустила всего 6340 снарядов, что не шло ни в какое сравнение с прошлой ночью (почти в пять раз меньше!). Понятно, что и плотность огня была соответствующей, не создавшая немецким экипажам столько помех. По данным противника, 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 имени Свердлова, Пресненский машиностроительный завод, завод газоаппаратуры и др. На ГЭС-1 было разрушено распределительное устройство 6,6 кВ – прекратилось питание московского трамвая и других важных объектов. Фугасная бомба попала в машинный зал ГЭС-1 и ударилась о крышку разобранной турбины. На восстановление были брошены все силы, и к утру 23 июля московскому трамваю вновь было дано питание. На ГЭС-2 упало более 150 зажигательных бомб, однако все они были быстро затушены.
Сильные пожары полыхали в столице до самого утра. Одна фугасная бомба пробила перекрытие тоннеля на перегоне Смоленская – Арбат, другая попала в эстакаду метромоста неподалеку, а третья разорвалась у входа в вестибюль у Арбатской площади. Наибольшие жертвы вызвала паника, возникшая на лестнице эскалатора. II./KG55 снова наносила удар по Кремлю. 3 фугасные бомбы попали в Красную площадь, причем одна взорвалась прямо перед святая святых для советской власти – мавзолеем Ленина. Правда, самого «жильца» в здании уже не было, в начале июля его мумию уже эвакуировали в глубокий тыл. На территорию Кремля упало 76 зажигательных бомб, в том числе 14 на Соборную площадь, 15 – на Большой сквер, 4 – на Большой Кремлевский дворец и 3 – на корпус № 14. Интересно, что большая часть предназначенных «резиденции советского правительства» бомб обычно попадала в ее южную – выходящую к реке часть. Вероятно, штурманы бомбардировщиков ориентировались и целились именно по характерному изгибу реки в этом месте. Также в результате бомбежки загорелся один из корпусов больницы имени Боткина. Людские потери во время второго налета оказались еще большими: по данным НКВД, от взрывов и пожаров пострадало 943 человека, в том числе 213 погибло, 353 тяжело ранено.
Отбой воздушной тревоги был дан в 03.12. По итогам налета зенитчики претендовали на 3 сбитых самолета. Истребители 6-го иак выполнили 202 вылета и, согласно докладам летчиков, штаб последнего заявил еще о 4 сбитых бомбардировщиках. В частности, старшему лейтенанту Федору Чуйкину из 27-го иап был записан сбитый в районе Химкинского водохранилища Ju-88. При этом пилоты утверждали, что помимо Не-111 и Ju-88 видели и атаковали над Москвой несколько четырехмоторных «Фокке-Вульф Курьеров». Собственные потери составили 4 истребителя.
Фактические потери люфтваффе составили 1 торпедоносец[10] Не-111Н-5 W.Nr. 3800 из 2-й эскадрильи KG28. Самолет был поврежден зенитным огнем, перетянул через линию фронта и совершил вынужденную посадку в районе Барановичей. «Хейнкель» был полностью разбит, но его экипаж не пострадал. Можно сказать, что налет прошел для люфтваффе вовсе безнаказанно.
Днем 23 июля 6-й иак выполнил 118 вылетов и доложил сразу о 3 сбитых самолетах-разведчиках. Что не подтверждается данными противника.
В 18.43 в Москве, где еще продолжались разбор завалов и поиски погибших, снова завыли гудки воздушной тревоги. Это было связано с сообщениями о приближении с запада группы самолетов. Одновременно с этим послышалась зенитная стрельба. Это батареи 250-го зенап открыли огонь по видимой цели. Вскоре самолет (это был разведчик, который фиксировал результаты второго налета) скрылся за облаками. В 20.05 тревогу отменили, москвичи стали расходиться по домам, но, как оказалось, ненадолго. В 21.30 поступило сообщение о том, что группа немецких бомбардировщиков прошла Вязьму курсом 90 градусов, в связи с чем в Москве опять завыли гудки воздушной тревоги.