Осенью 1942 года работники Реактивного института предложили новый фугасный 132-миллиметровый снаряд с дальностью полета 5 километров. Он получил наименование М-20 и выстреливался с верхних направляющих пусковых установок М-13. Одновременно конструкторы усиленно работали над созданием тяжелого реактивного снаряда с большей дальностью, чем М-30. Такой РС, названный М-31, появился в войсках в середине 1943 года. Его дальность стрельбы была 4,3 километра.
Большой заслугой москвичей является разработка реактивных снарядов М-13 и М-31 улучшенной кучности стрельбы — УК. Рассеивание этих снарядов было меньше в 3 — 6 раз по сравнению с ранее применявшимися. С боевой задачей, для решения которой прежде требовался полк или бригада, стал успешно справляться дивизион. Это было достижение огромной важности, резко поднявшее эффективность гвардейских минометов.
Для стрельбы снарядами М-31 улучшенной кучности СКБ завода «Компрессор» сконструировал замечательную по тем временам 12-зарядную пусковую установку БМ-31-12 (ведущий конструктор — А.Н. Васильев). По своей подвижности, маневренности и скорострельности она не уступала БМ-13 и БМ-8. Гвардейские минометные части, вооруженные новой машиной, получили возможность сопровождать пехоту и танки на всех этапах боя.
В сентябре — октябре 1941 года были сформированы первые 14 гвардейских минометных полков, вооруженных БМ-13 и БМ-8. Одиннадцать из них — 1, 3, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13 и 14-й — воевали под Москвой. Гвардейцы-минометчики успешно поддерживали наши войска, прикрывавшие важнейшие направления на подступах к столице. Командовали этими частями, как правило, москвичи.
Военный совет Западного фронта обратился в Ставку с просьбой обеспечить каждую дивизию первого эшелона фронта хотя бы одним дивизионом реактивных снарядов. Ставка согласилась, и Военному совету ГМЧ было дано указание срочно формировать отдельные минометные дивизионы. Дивизионная форма организации в период оборонительных боев за Москву стала основной. Это было временной и вынужденной мерой.
В январе 1942 года появилась возможность вернуться к полкам, правда, несколько сокращенного, но более маневренного и оперативного состава (24 БМ-13 или БМ-8, по 8 в дивизионе, по 4 в батарее). Состоялось решение Ставки о формировании 20 гвардейских минометных полков. В полки сводилось большинство отдельных дивизионов. Производство боевых установок и реактивных снарядов прежде всего на московских предприятиях к этому времени значительно возросло.
Для руководства гвардейскими минометными частями на фронтах создавались оперативные группы ГМЧ. Они непосредственно подчинялись командующим и Военным советам фронтов. В разгар оборонительных сражений под Москвой такие группы были созданы:
на Западном фронте, где начальником группы был Герой Советского Союза полковник С. Ф. Ниловский, членом Военного совета группы — бригадный комиссар Е. Ф. Шумилин и начальником штаба — полковник Б. А. Юсупов,
на Северо-Западном фронте — начальник полковник П. Н. Кулешов, член Военного совета бригадный комиссар В. А. Зубов и начальник штаба полковник А. Ф. Тверецкий,
на Калининском фронте — начальник генерал-майор артиллерии В. Д. Сибирцев, член Военного совета полковой комиссар А. А. Абрамов и начальник штаба — полковник А. П. Яровой,
на Брянском фронте начальником опергруппы был полковник Ф. Н. Скугаревский, членом Военного совета бригадный комиссар П. С. Лебедев и начальником штаба — подполковник М. И. Дегтярев.
После провала попытки прорваться к Москве через Смоленск гитлеровское командование разработало новый план захвата Москвы под кодовым названием «Тайфун». Развернулась одна из решающих битв Великой Отечественной войны. В оборонительных боях под Москвой (30 сентября — 4 декабря 1941 г.), а затем в контрнаступлении (5 декабря — 8 января 1942 г.) вместе со всеми родами войск героически сражались гвардейские минометные части.
2 октября 1941 года в генеральное наступление на Москву перешла сильная группировка вражеских войск. Это были главные силы немецкого фашизма, которые по приказу Гитлера должны были окружить Москву, а затем стереть ее с лица земли, затопить водой.
В этих условиях Ставка уделяла большое внимание вопросам формирования и боевого использования ГМЧ. Вспоминаются поручения члену Военного совета гвардейских минометных частей лично доставить два дивизиона РС генералу К. К. Рокоссовскому, чтобы усилить 16-ю армию, прикрывавшую направление Клин — Солнечногорск — Химки. Два дивизиона по приказу Ставки были приданы и 1-й ударной армии, которой командовал генерал В. И. Кузнецов. В районе деревни Перемилово они помогли войскам армии сбросить врага с восточного берега канала имени Москвы, не допустить окружения Москвы с севера и востока, а в дальнейшем освободить Яхрому, Белый Раст и другие населенные пункты.