Работа над метро началась не сразу. В 1931 году была заложена лишь первая шахта на Русаковской улице. Первую линию метро было решено строить от Сокольников до Дворца Советов. Именно эта трасса была рекомендована в качестве первоочередной инженерами МГЖД в своем проекте. Сокольники был любимым парком для отдыха москвичей, станция на Каланчевской площади могла принять людей, приезжавших на работу из пригорода, станция на Лубянской площади разгружала огромный транспортный узел, который там был. Охотный ряд — доставлял людей прямо к Кремлю, а Дворец Советов вскоре обещал быть одной из нагруженных станций — ведь именно туда съезжались бы на съезды все коммунисты.
Вся организация строительства метрополитена была поручена Кагановичу, так как он хорошо себя зарекомендовал на стройках 20-х годов будучи генеральным секретарем ЦК КП(б) Украины. Он курировал строительство дома Государственной Промышленности в Харькове, а также ДнепроГЭСа. Именно там, на Украине, Каганович знакомится с инженером-строителем П.П.Ротертом (главным инженером Днепростроя), которого пригласит в 30-х на строительство метро. Из Украины Каганович пригласит и Н.С.Хрущева, которому поможет с карьерой в Москве. Хрущеву, занимавшему в начале 1930-х пост второго секретаря МГК ВКП(б), было поручено непосредственно руководить строительством метрополитена.
Строительство метрополитена в 1931-32 годах велось достаточно вяло по причине отсутствия каких-либо планов, смет и прочих бумаг. В это время в кабинетах только создавалась проектная документация. В целях экономии опять стали вноситься предложения о преимущественно надземной трассе метро. Каганович отверг эти проекты, что было поддержано Сталиным, вероятно, по стратегическим соображениям.
В итоге первым проектом, представленным Метростроем, стал проект с открытым способом работ, при котором раскапывалась улица на необходимую глубину, устраивались пути, и после этого траншея накрывалась плитами. Весной 1932 года молодой инженер Метростроя В.Л.Маковский предлагает Хрущеву строительство метро щитовым методом на глубине 20–30 метров. Этот разговор создал многочисленные споры, но Хрущев встал на сторону Маковского. «Против» был начальник строительства П.П.Ротерт, которому по душе было мелкое заложение, к тому же появлялась необходимость покупки за границей проходческого щита, на что не было заложено денег. Каганович, узнав о разногласиях, организовал заседание с участием Сталина. На нем стороны, высказав свои аргументы, услышали, что сам Сталин склоняется к глубокому заложению.
Для принятия окончательного решения по глубине залегания была создана комиссия, состоящая из опытных инженеров, приглашены специалисты из Англии, США, Германии и Франции для проведения отдельной геологической экспертизы. Живительно, но результаты иностранных комиссий давали противоположные результаты: англичане были за глубокое залегание с небольшими исключениями, немецкие — за открытый способ мелкого залегания. Советская комиссия дала ответ, опираясь на решение Сталина: закрытый способ работ с глубоким залеганием, с применением открытого на некоторых участках (особенно, где работы уже начались).
В результате открытым способом были построены тоннели от Крымской площади до Библиотеки им. Ленина (вдоль улицы Остоженки, названной затем Метростроевской в честь открытия метро), а также от Сокольников до Каланчевской площади. При прокладывании тоннеля в центральной части Москвы был использован английский проходческий щит с применением сжатого воздуха.
Когда начались интенсивные работы, трасса строительства была немного увеличена: линия от Сокольников должна была вести до Крымской площади, а также необходимо было соорудить Арбатский радиус: от Манежной до Смоленской площади. На трассе было намечено сооружение 13 станций. Для того чтобы избежать случайного выбора трасс строительства следующих очередей метро, без увязки с общим планом реконструируемой Москвы, комиссия во главе с Кагановичем создала перспективную схему развития столичного метро с 10 радиусами, длиной в 80 км. Эту схему в марте 1933 года утвердил ЦК партии. Предполагалась постройка следующих радиусов:
1) Кировский — 10 км;
2) Фрунзенский — 6 км;
3) Арбатский — 5 км;
4) Горьковский — 5 км;
5) Таганский — 10,6 км;
6) Замоскворецкий — 8 км;
7) Покровский — 9,3 км;
8) Рогожский — 9,6 км;
9) Краснопресненский — 4,5 км;
10) Дзержинский — 7,8 км.
Кроме того, в перспективе предусматривалось строительство Тимирязевского и Калужского радиусов, которые фактически были необходимы, т. к. одного Замоскворецкого радиуса для Замоскворечья было явно недостаточно — Калужская и Серпуховская площади, а также целые районы за ними оставались без метро. Также в дальнейшем предполагалась постройка двух кольцевых линий: вдоль Садового кольца и Камер-коллежского вала. Очевидно, что очередность этого плана в дальнейшем не соблюдалась.
Начиная с 1933 года до начала января 1935 года идут напряженные строительные работы. Сначала для строительства метрополитена были направлены опытные шахтеры-горняки из Донбасса. Когда их стало не хватать руководство начало проводить агитацию среди комсомольцев — десятки тысяч молодых людей с энтузиазмом шли на строительство метро. Смена иногда длилась по 20 часов. С помощью ударного труда строительство быстро продвигалось, и к концу 1934 года проходка тоннелей была завершена.
Долгое время не было окончательного решения, какого же типа будут станции: с островными или боковыми платформами. За островными платформами, используемыми в Лондоне, имелись следующие плюсы: удобны для пересадок, позволяли сделать красивое архитектурное оформление, но за боковыми платформами стоял главный плюс — дешевизна и простота конструкции. Параллельно разрабатывались проекты для разных типов платформ, с разными вариантами подходов к станции. Лишь после того как были пройдены тоннели руководство Метростроя решило сооружать островные платформы.
Споры были и по поводу конструкции станций глубокого залегания: делать ли их двухсводчатыми или трехсводчатыми. Всем было ясно, что станция с тремя сводами является более вместительной, красивой, просторной, но таких станций никто в мире раньше не строил из-за лишних трат, да и вероятность обвала станции становилась очень большой — этим пугали многие инженеры. Начальство Метростроя стало отстаивать трехсводчатую конструкцию, провели необходимые инженерные расчеты и, в конце концов, этот тип станции был утвержден. Но все же на некоторых глубоких станциях соорудить центральный неф так и не удалось.
Для доставки пассажиров на большую глубину Маковским был предложен единственно правильный вариант — эскалаторы, хотя изначально Ротерт склонялся в пользу лифтов, используемых в некоторых метрополитенах. Эскалаторы на тот момент были самым вместительным и прогрессивным способом доставки, являясь новинкой английского метро. Советские инженеры хотели сами спроектировать такую лестницу, но не было достаточно ни знаний, ни времени, поэтому Метрострой закупил один эскалатор за границей с целью его разбора и создания копий. К январю 1935 года эскалаторы были готовы и строители приступили к их ускоренной установке.
Для создания архитектурных обликов станций были привлечены все архитектурно-проектные мастерские Моссовета. Каждая мастерская должна была представить варианты для нескольких станций. Конкурс проводился в марте 1934 года, когда основные конструкции станций были уже построены. Архитекторам отводилась задача правильно и красиво облицевать поверхности с минимальным использованием художественных приемов. Приходилось мириться с неудачно подобранными пропорциями, созданными инженерами.
25 марта 1934 года проекты были представлены комиссии архитектуры и планировки при МГК ВКП(б), в которую входили Каганович, Хрущев, Булганин, архитекторы Щусев, Жолтовский, Веснин, Иофан и др. По каждой станции было представлено примерно по три варианта. Некоторые проекты были выполнены слишком оригинально. Например, предлагалось сделать подсвеченный потолок из стекла, чтобы создать иллюзию вокзального перрона, либо покрасить свод в черный цвет. Комиссия выбрала наиболее светлые и лаконичные проекты и заказала их авторам разработку детальных чертежей в кратчайшие сроки. После этого начал формироваться окончательный облик станций Первой очереди.
В проектировании наземных вестибюлей станций архитекторам было дано больше свободы. Некоторые проектировщики стали грешить гигантскими размерами павильонов. В результате, комиссия принудительно ограничила размеры вестибюлей.
Уже перед самым открытием первого советского метрополитена, 13 мая 1935 года, поставлением ЦК ему было присвоено имя Л.М.Кагановича «в соответствии с желанием строителей метрополитена и московских партийных и советских организаций».
