Obrona stolicy trwała do 28 września, kiedy to podpisano kapitulację. Szacuje się, że w walkach obronnych w Warszawie i okolicach śmierć poniosło co najmniej 6 tysięcy żołnierzy i 20 tysięcy osób cywilnych. Do niewoli niemieckiej dostało się około 120 -140 tysięcy żołnierzy walczących w obronie Warszawy.
Naloty lotnicze na Warszawę trwały od 1 września. Ich celem były duże zbiorowiska publiczne - osiedla domów mieszkalnych, obiekty kulturalne, szkoły i szpitale. 3 września, w trybie pilnym, dowódcą obrony stolicy został mianowany komendant główny Straży Granicznej, generał Walerian Czuma. Powołał on na stanowisko cywilnego komisarza przy dowództwie obrony miasta, prezydenta Warszawy Stefana Starzyńskiego.
8 września stolicę zaatakowały oddziały 3. i 4. armii niemieckiej. Tego samego dnia z cofających się przed Niemcami oddziałów polskich powstała Armia Warszawa, którą dowodził generał Juliusz Rómmel. Kilka dni później została ona wzmocniona przez żołnierzy Armii Poznań, Armii Pomorze i innych formacji wojskowych, pod dowództwem generała Tadeusza Kutrzeby.
17 września, po agresji ZSRR na Polskę, Adolf Hitler wydał rozkaz ostrzału artyleryjskiego Zamku Królewskiego, by zmusić stolicę do kapitulacji.
25 września został przeprowadzony nalot dywanowy Luftwaffe na Warszawę. Zginęło wówczas około 10 tysięcy mieszkańców, 35 tysięcy zostało rannych, a 12 procent zabudowy miejskiej uległo zniszczeniu. Luftwaffe zbombardowała warszawską gazownię, elektrownię i stację filtrów. Ataki te były wstępem do generalnego szturmu, który nastąpił następnego dnia. Dzień później działania wojenne przerwano, a dowódcy obrony Warszawy podpisali akt kapitulacji.