Летом 1937 г. из Англии выписали два трехосных троллейбуса фирмы БЕС (один одно-, а другой - двухэтажный). Их доставили морем в Ленинград, откуда перевезли по железной дороге до Твери, а оттуда вновь водным путем - до Москвы и поместили
в первый троллейбусный парк на Ленинградском шоссе. Для эксплуатации "двухэтажника" сначала на загородном участке первого маршрута, а затем и по улице Горького (ныне Тверская) контактную сеть приподняли до высоты 5,6 м, и с 1 сентября 1937 г. "англичанин" стал курсировать по первому маршруту.
По образцу этой машины Ярославский завод в 1938 -1939 гг. выпустил 10 советских двухэтажных троллейбусов марки ЯТБ-З, которые были пущены летом 1939 г. при открытии Всесоюзной сельскохозяйственной выставки (ВСХВ, позже аббревиатура - ВДНХ, ныне ВВЦ) из центра города по нынешнему проспекту Мира до территории выставки. Двухэтажные машины курсировали только по двум маршрутам: от площади Свердлова (ныне Театральной) мимо Тверской заставы до поселков Сокол и Коптево, от площади Свердлова до Ржевского вокзала и ВСХВ.
В 1939 г. троллейбусы стали курсировать до платформы Северянин, Сокольников, по Садовому кольцу - от Октябрьской площади до Таганки (полностью кольцо троллейбуса "Б" по Садовому кольцу замкнулось только в октябре 1963 г.); весной 1941 г. - от площади Пушкина через Цветной бульвар и Самотеку до театра Красной Армии. В июне 1941 г. в Москве действовали 17 троллейбусных маршрутов.
В феврале 1939 г. в Москву прибыла машина нового типа ЯТБ-4, а с апреля 1941 г. стали поступать троллейбусы ЯТБ-4А с полуметаллическим кузовом (все предыдущие были с деревянным).
В сентябре 1941 г. Ярославский автозавод прислал последний троллейбус новой марки - ТБ-5 (.╧ 901). Это первая цельнометаллическая машина. Для новых троллейбусов ЯТБ-4 и ЯТБ-4А в Кутузовской слободе в 1939-940 гг. выстроили новый, третий троллейбусный парк (ныне он находится в составе Филевского автобусно-троллейбусного парка).
В 1940 г. роликовые токоприемники на всех троллейбусах заменили на скользящие. К началу войны в Москве было 583 троллейбуса (в том числе 258 ЯТБ-1, 119 ЯТБ-2, 10 ЯТБ-З, один двухэтажный ЕЕС, 123 ЯТБ-4, 37 ЯТБ-4А, один ЯТБ-5 и один одноэтажный трехосный анг лийский), в том числе грузовые (их пере делали из старых пассажирских машин типа ЛК).
Во время войны троллейбус превратился в основной вид городского транспорта в центре города, так как почти все автобусы были реквизированы для военных целей. В октябре 1941 г. 105 троллейбусов эвакуировали в Самару, откуда часть из них попала в Челябинск, Свердловск и Новосибирск. Их использовали для открытия в первых трех городах троллейбусного движения. (Троллейбусы из Новосибирска перебросили после окончания войны в Горький, где и пустили в эксплуатацию после их модернизации.) Из-за нехватки грузовых автомобилей часть старых, изношенных троллейбусов переоборудовали в грузовые, а в 1943 г. во втором троллейбусном парке сконструирован троллейкар, который работал и как троллейбус, и как грузовой автомобиль на тех участках, где не было контактной сети.
Грузовые троллейбусы во время войны перевозили дрова, уголь, муку, хлеб, военные грузы (из речных портов и с железнодорожных станций на склады и в магазины). Некоторые линии из-за нехватки машин закрыли (до площади Коммуны, платформы Северянин и в Измайлово).
В ноябре 1943 г. для подвоза рабочих из города к Тушинскому авиационному заводу построили новую линию по Волоколамскому шоссе до канала Москва-Волга.
Так как к концу войны троллейбусы сильно поизносились, на базе старого таксопарка на Бутырках был создан троллейбусный ремонтный завод (МТРЗ), который в 1945 г. приступил к изготовлению запчастей для троллейбусов, а в 1946 г. - их капитальному ремонту (первым отремонтировали двухэтажный троллейбус ЯТБ-З, который бегал по улице Горького до 1953 г.)                                               
Постепенно этот завод отремонтировал и модернизировал почти весь довоенный подвижной состав (сначала старые ЯТБ-1 и ЯТБ-2 модернизировались по типу
ЯТБ-4 - они назывались после этого ЯТБ-1М). В 1948 г. завод приступил к сборке модели МТБ-10, которая состояла из шасси старых машин ЯТБ и нового кузова
МТБ-82 (фото 1); всего в 1948 - 1953 гг. МТРЗ модернизировал таким образом 269 троллейбусов.
Тем временем по заданию Совмина Тушинский авиазавод ╧ 82 приступил к выпуску совершенно новых троллейбусов для Москвы. Первая опытная цельнометаллическая машина МТБ-82А (московский троллейбус, завод ╧ 82, серия А) с обуженным кузовом (для него использовали троллейбус ЯТБ-5 ╧ 901) вышел на улицу Горького в феврале 1946 г. Летом того же года завод выпустил первый троллейбус МТБ-82М с более широким кузовом (на 65 мест), и с 1947 г. эта модель пошла в серийное производство (всего в 1946 -1947 гг. для Москвы изготовили 147 таких троллейбусов).