次日，美英兩國代表團成員分乘4架DC—3型飛機，在蘇聯戰鬥機編隊護航下，飛行5個小時，抵達莫斯科。他們一下飛機就立即被邀請到克裏姆林宮，在那裏受到斯大林、莫洛托夫、前外交人民委員馬克西姆·李維諾夫的接見。
會見中，斯大林首先向哈裏曼、比弗布魯克介紹了蘇聯戰場的局勢。他說：“德國優於我們的地方：在空軍實力方麵，為三與二之比，在坦克方麵，為三或四與一之比；在師的數目方麵，為320個對280個。”他最後表示最迫切需要的是坦克，其次是反坦克炮、中型轟炸機、高射炮、鋼板、戰鬥機和偵察機。關於坦克的具體數量，斯大林透露：“他每月需要2500輛，在此數中，1400輛可以在蘇聯境內製造出來。但盡管他還需要1100輛坦克，他仍然隻想每月從美國和英國取得500輛就滿足了，免得被人指責‘胃口太大’。”
在第一次會見中，斯大林還同美英使團就蘇英兩軍在烏克蘭協同作戰、美軍使用西伯利亞機場運送援蘇物資等問題交換了意見。哈裏曼還試探性地讓蘇聯官方保證，“蘇聯憲法第124條所說的保證全體公民享有信仰和禮拜自由的話是算數的”，暗示美國輿論對蘇聯人權狀況不滿而影響援蘇。斯大林對美國這種借援蘇之機幹涉蘇聯內政的行為非常反感，表示對此不屑一顧。
9月29日上午，莫洛托夫、哈裏曼、比弗布魯克舉行正式會談，決定設立航空、陸軍、海軍、運輸、原料和醫藥6個三方委員會，分別討論相關的具體事宜。
當日晚，斯大林在克裏姆林宮第二次會見美英使團團長。斯大林對美英提供的援蘇物資數量表示不滿，他問哈裏曼：“為什麼像美國這樣一個年產5000多萬噸鋼的國家，（每月）隻能給我1000噸供坦克裝甲用的鋼板？”他甚至責備道：“你們的少得可憐的許諾清楚地表明是想看到蘇聯被德國打敗！”當美英要求蘇聯提出需要提供軍用物資的正當理由或根據時，斯大林明確表示蘇聯政府“是不會提供這方麵的情報的”。
幾十年來因社會製度與意識形態的不同而產生的不信任與不理解，使會談一度陷入僵局。然而，這個僵局又一次被美英蘇的共同敵人德國打破了。
9月30日，德國宣傳機構根據它們獲取的情報向全世界發表如下新聞：莫斯科會議已陷入僵局並發生爭吵，英國人和美國人永遠不可能同這些“布爾什維克主義者”有共同的立場。共同的敵人使美蘇英三方回到嚴峻的現實，逐漸建立起信任與理解，縮小它們之間的分歧。當日晚，斯大林在第三次會見美英使團時，提到了德國播發的上述消息，指出，“要由他們3個人來證明戈培爾是個撒謊者”。
第三次會談的氣氛比第二次融洽。雙方就蘇聯提出的援蘇物資清單逐一討論研究。斯大林在聽完哈裏曼關於美英兩國準備提供的軍用物資的介紹後，表示非常滿意，沒有提出異議。
會談行將結束時，斯大林建議將莫斯科會談的結果寫成書麵協定，在美英使團離開前加以簽署。哈裏曼和比弗布魯克顯得有些為難，因為他們未被本國政府授權簽署任何東西。根據美英政府的立場，現行的援蘇協議完全是非正式的，並不想簽一個什麼協定。但斯大林堅持己見，美英使團團長同意次日與莫洛托夫一起處理這個問題。
美英使團對第三次會見斯大林的結果感到滿意。哈爾曼說，“這次會見是以盡可能最友好的方式結束的。斯大林並未掩飾其熱情。我的印象是，他對大不列顛和美國的認真態度完全滿意。……我離開時感到他同我們一直是坦率的，倘若我們拿出我們所答應拿出的東西，倘若我們與斯大林的個人關係保持下去，那麼蘇聯政府和我們兩國政府之間所存在的猜疑就可以完全消除。”比弗布魯克也稱讚斯大林是“一位和善的人”。
10月1日，哈裏曼和比弗布魯克與他們的使團成員會麵，聽取6個專門委員會的報告。然後，他們又前去拜會莫洛托夫，了解蘇聯政府要他們簽署的那個協定的內容。最後，他們提出美英兩國可以向蘇聯提供其要求的武器和物資，但不能承擔把這些武器和物資送交到蘇聯港口的義務；如果開辟歐洲第二戰場，物資清單應重新製定。蘇聯方麵表示同意他們的意見。
爾後，英美蘇三國使團團長分別代表本國在《英國、美國、蘇聯三國代表會議議定書》上簽字。這份被西方盟國稱之為“聖經”的文件，詳細列舉了美英援助蘇聯的70類物資，其中有：飛機、坦克、高射炮、反坦克炮、偵察車等武器裝備；戰地電話機、海底電纜等通信器材；鋁、鎳、銅等有色金屬及其製品；坦克用裝甲板等各種鋼材；甲苯、乙烯醇等石化產品；機床、電爐等工業設備；橡膠、黃麻、皮革、羊毛、小麥等農畜產品。這70類物資每月按規定數量送交蘇方。
這份議定書還有3個附件。第一個附件是，1941年10月~1942年6月蘇聯海軍需要美英援助的裝備與物資清單，其中包括：軍艦、艦炮、船用柴油機和發動機和船用潛艇探索器。第二個附件是，1941年10月~1942年6月蘇聯需要美英援助的醫療器械和藥品清單，共83類。第三個附件是，英國希望從蘇聯得到的供應品，其中包括：瀝青、豬鬃、鉻礦、中國密蠟、步槍及步槍子彈、生絲或碎絲、木料和鮭魚罐頭等27類。