W latach 1475–1479 został przebudowany przez Aristotele’a Fioravantiego Sobór Wniebowzięcia Najświętszej Marii Panny. W latach 1555–1560 architekci Barma i Postnik Jakowlew zbudowali na placu Czerwonym cerkiew Wasyla Błogosławionego, która stała się symbolem miasta.
Miasto szybko przekształciło się w wielki ośrodek handlowy, rzemieślniczy, stało się centrum kultury ogólnoruskiej. W XVI w. kremlowską twierdzę otoczono murem, zachowanym do czasów współczesnych. Za czasów Iwana IV Groźnego, panującego w Moskwie w latach 1533–1584, miasto otrzymało połączenie morskie z krajami Europy Zachodniej przez Morze Białe.
Wielka Smuta
thumb|Moskwa w XVII wieku; Apolinary Wasniecow, 1922 W czasie wielkiej smuty i wojny polsko-rosyjskiej 1609–1618, w 1610 po wcześniejszym zwycięstwie w bitwie pod Kłuszynem oddziały polskie pod wodzą hetmana Stanisława Żółkiewskiego wkroczyły bez walki do stolicy Rosji, okupując ją do 1612. W sierpniu 1612 wybuchło w Moskwie powstanie mieszczan pod wodzą kupca Minina skierowane przeciw Polakom, którzy zostali wyparci z miasta. 1 września 1612 rozpoczęła się bitwa pod Moskwą stoczona pomiędzy rosyjskim pospolitym ruszeniem i armią polsko-litewską, która zakończyła się zwycięstwem Rosjan.