В приміщеннях музею-діорами  (автор  проекту - Заслужений  архітектор  України  М.М.Фещенко)  знаходяться  зали  стаціонарної  експозиції  «Битва за  Київ»,  діорама  «Битва  за  Київ.  Лютізький  плацдарм.  1943 рік» та  зал  змінних  виставок.   

Експозиція  музею-заповідника  розповідає  про  події  осені  1943 року - форсування  радянськими  військами  Славутича,  створення  Лютізького  плацдарму,  хід  Київської  наступальної  операції  по  визволенню  столиці  України  -  м. Києва. 

У вестибюлі музею експонується виставка картин знаних українських художників та графічних робіт художників Московської  студії військових художників ім. М.Б.Грекова. Тут постійно змінюються тематичні виставки, проходять зустрічі з ветеранами, музейні заходи.

В Залі Слави експонується Книга Вічної слави, до якої занесено понад 2 тисяч імен офіцерів 1-го Українського фронту (від начальника штабу полку і вище), які брали участь в плануванні Київської наступальної операції та керівництві бойовими діями військ, а також Героїв Радянського Союзу – учасників форсування Дніпра і визволення Києва. В цьому залі встановлені бюсти командуючого 1-м Українським фронтом генерала армії М.Ф.Ватутіна, командуючого 38-ю армією генерал-полковника К.С.Москаленка, командуючого 3-ою гвардійською танковою армією генерал-лейтенанта танкових військ П.С.Рибалка, командуючого   2-ю повітряною армією генерал-полковника С.Я.Красовського тощо. Окраса експозиції - бойові прапори 136, 163, 167, 180, 232, 240 стрілецьких дивізій 38-ї армії 1-го Українського фронту. В залі Слави також розміщено експозицію, присвячену історії музею-заповідника,  тематичну виставку «Війни  ХХ століття через приціл кулемета Максим».

Сучасну постійно діючу експозицію «Битва за Київ» створено у  1993 році. Пріоритет у ній надано військовій тематиці, вкладу всіх родів і військ 1-го Українського фронту та партизанів у визволення столиці України.

Головну експозицію розгорнуто в залі на 2-му поверсі музею. За допомогою сотень музейних предметів створено художньо-історичний образ теми, яка конкретизується у вітринах і на подіумах.

Численні фотографії, документи,  фронтові листи, нагороди, особисті речі учасників тих боїв, зброя,  плакати, газети 1943 року, дають змогу відтворити хроніку подій, дозволяють зрозуміти вірність військовому обов'язку, доблесть та героїзм учасників та трагічні наслідки війни. В експозиції – макет бліндажа генерала армії М.Ф.Ватутіна, макет бліндажа санітарної служби, реліквійні речі командуючого 38-ю арімєю генерал-полковника (після війни – Маршала Радянського Союзу) К.С.Москаленка, командира 51-го стрілецького корпусу генерал-майора П.П.Авдєєнка, Героїв Радянського Союзу Д.П.Богдана, М.М.Захарчука, фоторозповідь про Героїв Н.М.Шолуденка, С.Ф.Шутова та багатьох інших. У центрі уваги -  героїзм та жертовність нашого народу.

Складовою частиною музею є тематичні експозиції, розміщені в залі змінних виставок на 3-му поверсі. Унікальна експозиція «Уніформа, зброя та спорядження часів Другої світової війни», створена в 2007 році з експонатів, які люб’язно надали музею приватні колекціонери, та за підтримки і допомоги молодіжної громадської організації «Київський клуб «Червона зірка». Виставка представлена у вигляді невеликих колекцій, що органічно вплетені в канву основної теми. Тут можна побачити практично все: велика колекція зброї, шоломів з 20 країн світу, колекція військового посуду, саперних лопаток, кобур до пістолетів тощо. Зібрана цікава колекція зразків одностроїв та особистих речей, серед яких можна побачити портсигари, запальнички, свистки, окуляри, нагороди, смертні жетони, документи, фотографії та інші предмети фронтового побуту та зразки солдатської творчості.