Все более угрожающее положение городского коммунального хозяйства побудило московского партийного лидера Л. М. Кагановича в марте 1931 г. вновь поставить на повестку дня вопрос о метро. В последующие недели Каганович искусно воспользовался своим заметным влиянием в Политбюро для привлечения внимания к коммунальной политике в интересах Москвы. Его усилия увенчало принятое в июне 1931 г. постановление ЦК ВКП(б) о строительстве метро.

Для организации строительства летом 1931 г. создали предприятие Метрострои, руководителем которого назначили инженера П. П. Ротерта. У Ротерта был опыт сооружения крупных объектов (Дом промышленности в Харькове, плотина Днепрогэса), но о метрополитене у него было поверхностное представление. С большим трудом ему удалось подобрать подходящий технический и руководящий персонал. Ядро составили бывшие разработчики планов метрополитена из МГЖД, освобожденные из заключения. К ним добавились инженеры-строители, которых Ротерт привез с собой с Днепрогэса, а также специалисты в горном деле. Лишь у немногих был практический опыт строительства метрополитена. Всем прочим пришлось черпать сведения из специальной литературы. В 1932 г. для экспертизы технического проекта привлекли, наконец, и иностранных специалистов. Первоначально задуманная форма постоянного сотрудничества с зарубежной фирмой-консультантом не осуществилась. Тем не менее иностранное «ноу-хау» поступало вместе с заграничными инженерами, большей частью американцами и немцами, которые предлагали русским свои услуги, поскольку из-за мирового экономического кризиса остались без работы, к тому же их прельщала такая сложная техническая задача.

С самого начала строительство велось лихорадочно. У Метростроя не было времени на подготовку, под давлением сверху пришлось излишне поторопиться с началом строительства, хотя одновременно только приступили к проектным работам. Подготовленный МГЖД в 1920-х гг. технический проект пришлось отставить в сторону, поскольку он исходил из недостаточных данных геологоразведки и ориентировался на минимизацию затрат. Запланированная тогда экономная версия самого дешевого метрополитена с уменьшенными станциями теперь больше не отвечала политической установке. Метро, которое ныне вознамерились построить, должно было стать лучшим и красивейшим в мире.

В качестве исходного пункта своего плана руководство Метростроя взяло технический проект фирмы «Сименс-Бауунион», разработанный в 1926 г. по заказу Моссовета. Этот проект предусматривал открытый способ строительства по берлинскому образцу. Весной 1932 г. в руководстве Метростроя по этому вопросу возникли расхождения. Партийное руководство поддерживало молодого инженера Маковского, который выступал за закрытый способ строительства на большой глубине. На основе проведенных экспертиз (трех — с участием иностранных специалистов и одной — советских) Политбюро в марте 1933 г. приняло окончательное решение, на каком участке будет применен тот или иной способ. Этой дискуссией плановые и строительные работы были отброшены на несколько месяцев назад. Шахты для глубокой проходки, которые тем временем заложили, пришлось снова засыпать, так как произошел прорыв грунтовых вод, и на ряде участков в течение 1932 г. по нескольку раз меняли глубину залегания тоннелей.

Политическое руководство в лице Московского комитета партии и Политбюро помимо проблемы способа строительства приняло в 1933 г. и ряд решений, наметивших путь к преодолению кризиса: реорганизована была структура Метростроя; срок завершения строительства передвинут с 1 января на 1 декабря 1934 г.; заместителем Ротерта по распоряжению Политбюро был назначен Е. Т. Абакумов, который хотя и мало разбирался в вопросах сооружения метро, зато с большой энергией отстаивал в Метрострое интересы партии; несколькими потоками на стройку пришли тысячи «мобилизованных» комсомольцев и коммунистов, которые образовали твердое ядро трудового коллектива и взяли в свои руки контроль и воспитание остальных рабочих.

С апреля по октябрь 1934 г. громадный масштаб строительных работ был достигнут за счет напряжения всех сил и массового увеличения численности рабочей силы. За эти месяцы Метрострой наверстал все упущенное за предыдущие два года. Ввиду низкого качества работ, ставшего следствием этой «штурмовщины», Сталин распорядился перенести срок окончания строительства на февраль 1935 г. Тем не менее сроки оставались напряженными, и строительные работы в тоннелях велись хаотически, поскольку проектирование отставало и постоянно возникала надобность в переделках.

В начале февраля 1935 г. первый поезд смог пройти по всей трасе метро. В последующие месяцы пришлось внести ряд улучшений, тщательно готовились к сдаче метро в эксплуатацию. Торжественное открытие Московского метрополитена состоялось 15 мая 1935 г. Движение поездов было открыто на линиях первой очереди от Сокольников до Крымской пл. (Парк культуры) и от Библиотеки Ленина до Смоленской пл. общей протяженностью 11,4 км.

Решение о прокладке части трассы на большой глубине, избавившее жителей ряда кварталов от неудобств и обеспечившее создание бомбоубежищ, которыми воспользовались во время Второй мировой войны, тем не менее удорожило и затянуло строительство и повлекло за собой сооружение для пассажиров эскалаторов и длинных пешеходных переходов. В техническом плане новинкой международного опыта строительства метро стало сооружение станций на большой глубине способом горной проходки.

Расходы на строительство к моменту сдачи метро в эксплуатацию составили 830 млн. руб. и тем самым намного превзошли сметные предположения 1933-1934 гг. Финансирование велось непосредственно из бюджетных ассигнований. Внутренних или внешних займов для нужд строительства метро не выпускали.

Хотя уже осенью 1931 г. правительство объявило Метрострой «ударной стройкой», переведя его в высшую категорию, постоянно сталкивались с перебоями в снабжении крайне необходимыми стройматериалами и оборудованием. Кроме того, у Метростроя отсутствовала общая концепция механизации работ, которые преимущественно велись ремесленным способом. Большая часть оборудования поступила на Метрострой не нормальным путем распределения, а с помощью разнообразных форм «организации», т. е. заимствований на других стройках.

Из-за границы ввезли строительные машины, а также один английский проходческий щит, с помощью которого осуществили проходку тоннеля на особо сложном в геологическом отношении участке под Театральной пл. По английскому образцу на советских предприятиях был собран собственный советский щит, хорошо проявивший себя в работе. Подобным же образом по иностранному образцу на советских заводах изготовили эскалаторы, импорт которых из-за границы обошелся бы слишком дорого. Во время искусственно затянутых переговоров с фирмами «Отис» и «Флор» русским удалось заполучить сведения о важнейших конструктивных деталях. По масштабам готового изделия они смогли превзойти западный оригинал, так как эскалатор на станции «Кировская» длиной 60 м являлся тогда самым длинным в мире.

С самого начала на Метрострое была ощутима значительная нехватка рабочей силы. Вербовка рабочих в колхозах шла с перебоями, поскольку вербовщикам Метростроя приходилось сталкивать с конкурентами других предприятий, и потому в 1932 г. число принятых рабочих далеко не покрывало потребности. Особенно трудно было подыскать рабочих с необходимой квалификацией для тоннельных работ. Единственная успешная вербовочная акция, проведенная весной 1933 г., привлекла на Метрострой 2,5 тыс. марийцев и татар из Башкирской АССР.