Многообразие использованных способов строительства зависело от сложных гидрогеологических условий, весьма разнившихся между собой на участках трассы:

- Между Сокольниками и Красными воротами на большой глубине залегали твердые породы (известняк). Их мощность была неравномерна, а поверхность пересекали старые русла ручьев и рек (Рыбинка, Чечора, Ольховка, Ольховец). Верхние слои представляли собой отложения четвертичного периода в виде глины и насыщенных водой глинистых песков.

- Между Красными воротами и Охотным рядом твердые подземные породы состоят только из узких слоев юрского периода и известняков, которые между пл. Дзержинского и пл. Свердлова пересекает подземная река Неглинка. Верхний слой состоит по преимуществу из сырой глины и глинистых песков, которые по большей части имеют характер плывунов с мощностью слоя от 12 до 18 м.

- От Охотного ряда в направлении Смоленской и Крымской пл. юрских слоев не имеется. На твердом ложе из карбона и известняка располагаются отложения четвертичного периода, верхние слои которых состоят прежде всего из чистого или глинистого песка. Вдоль ул. Коминтерна (Воздвиженка) и Остоженки они насыщены водой, но относительно легко ее отдают. На прочих участках песок сухой вплоть до глубины 12-14 м^{2665}.

На отдельных участках трассы применялись следующие способы строительства и технические решения (см. рис. 28)^{2666}:

- Участок от Сокольников до Комсомольской пл. со станция ми «Сокольники» и «Красносельская» был сооружен открытым способом на небольшой глубине (от 7 до 9 м). Чтобы обеспечить работу в сухом ложе, уровень грунтовых вод был искусственно понижен с помощью расположенных вдоль траншеи помп, круглосуточно откачивавших воду из пробуренных скважин. При появлении плывунов сооружали металлические шпунтованные переборки. На Митьковском виадуке («опытный участок») проложили двухколейный тоннель протяженностью 224 м на основе бельгийского (Парижского) способа с временной деревянной крепью и облицовкой стен камнем. Пересечение виадука с Казанской железной дорогой было осуществлено без нарушения движения поездов.

- Станция «Комсомольская», где встретились мощные плывуны, была построена открытым способом с применением металлических шпунтованных переборок. Переборки остались в грунте.

- При переходе на более глубокий уровень проходки на станции «Комсомольская» в направлении станции «Красные ворота» пришлось преодолеть мощные пласты плывунов. На Каланчевской ул. кессонным способом на глубине 15 м были уложены три секции железобетонного тоннеля каждая длиной 25 м., шириной Ими высотой 10 м. Каждая секция весила 5 тыс. тонн. Соединение между погруженными секциями тоннеля осуществлено открытым способом.

- На участке протяженностью 120 м под Каланчевской ул. грунт пришлось искусственно заморозить, чтобы дать возможность работать кессонам^{2667}.

- Одноколейный тоннель под ул. Мясницкой со станциями «Красные ворота», «Кировская» и «Дзержинская» был пройден на глубине 30-35 м по бельгийскому (Парижскому) двухштольному методу, с временной деревянной крепью и облицовкой стен камнем и бетоном. Сооружение станций на большой глубине методом горной проходки являлось новацией в международной практике строительства метрополитена.

- Станция «Красные ворота» была спроектирована как конструкция из трех тоннелей. По боковым тоннелям проходил рельсовый путь, центральный тоннель, объемный, но более короткий по сравнению с боковыми, оканчивался с одной стороны выходом с эскалаторами. На создание среднего тоннеля решились после долгой дискуссии, так как многие специалисты опасались, что он не выдержит давления грунта. Инженер Гоцеридзе, руководивший строительством станции, отвергнув заключение американского консультанта Моргана, сумел убедить Кагановича в осуществимости своего замысла^{2668}.

- На станциях «Кировская» и «Дзержинская» из-за геологических проблем отказались от среднего тоннеля. Боковые тоннели здесь оканчивались непосредственно у наклонной шахты с эскалаторами. Лишь в начале 1970-х гг. обе эти станции приобрели третий свод^{2669}. При сооружении станции «Дзержинская» выявились серьезные затруднения, почти приведшие к катастрофе, когда в марте 1934 г. на мостовой пл. Дзержинского проявились большие трещины, осадка грунта и возникла угроза обрушения некоторых зданий. Повреждения возникли даже на главном здании ОГПУ (Лубянка)^{2670}. Деревянная крепь в проложенных штольнях была сдавлена массой породы. Укрепление штолен можно было провести заново только с применением железобетона, и некоторые инженеры выражали сомнение, стоит ли вообще строить станцию на этом месте^{2671}.

- На участке между пл. Дзержинского и Библиотекой им. Ленина постепенно перешли с глубины проходки в 30 м до 10 м. Особенно труден оказался участок между пл. Дзержинского и пл. Свердлова, поскольку здесь пришлось пересечь русло подземной реки Неглинки. Там применялся метод щитовой проходки, преимущественно с использованием кессонов. Оба щита, каждый в своем направлении, прошли непосредственно под Малым театром, гостиницей «Метрополь» и другими зданиями, не приведя к осадке породы. Тоннель был облицован не чугунными тюбингами, как было принято в зарубежной практике, а железобетонными ввиду дешевизны бетона по сравнению с металлом. Щитовая проходка велась с максимальной скоростью 4,75 м в сутки, а средняя скорость равнялась 2,4 м в сутки. Иностранные эксперты перед началом работ предсказывали высшую производительность в пределах 0,75-1 м в день.

- Станция «Охотный ряд» и ответвление к Арбатскому радиусу были сооружены методом горной проходки, с деревянной крепью и бетонированием стен тоннеля, отчасти с применением кессона, заливки силиката и заморозкой грунта. Станция «Охотный ряд», расположенная между гостиницей «Москва» и Домом Совнаркома, была построена, как и станция «Красные ворота», в виде трехсводчатой конструкции.

- Тоннель между Охотным рядом и Библиотекой им. Ленина был проложен методом горной проходки с применением кессонов, причем под крупными зданиями (университет, американское посольство) возникли сложности из-за старых колодезных шахт.

- Станция «Библиотека им. Ленина» была построена на небольшой глубине способом горной проходки в виде зала шириной 16 м с монолитным сводом без опорных колонн.

- От библиотеки Ленина, вдоль ул. Волхонка, до станции «Дворец Советов» включительно строительство велось комбинированным открытым и траншейным способом, в последнем случае с проходкой под фундаментами домов.

- Двухколейный тоннель под ул. Остоженка, между станциями «Дворец Советов» и «Парк культуры», проложили открытым способом с принудительным понижением уровня грунтовых вод. На время строительства транспортный поток был отведен на ул. Кропоткинская (Пречистенка).

- Арбатский радиус со станциями «Улица Коминтерна», «Арбатская площадь» и «Смоленская площадь» был сооружен траншейным способом, причем трасса метро прошла в стороне от улиц, по дворам и под зданиями.

- Наклонные шахты для эскалаторов, которые под углом 30 градусов пересекали мощные пласты плывунов толщиной 20 м, проходили методом заморозки грунта и укрепления стен чугунными тюбингами.