לכבוד ראש חודש מעלים לתורה ארבעה עולים (שו"ע תכג, א-ב), ומתחילים לקרוא בקרבן התמיד ומסיימים בקרבנות ראש חודש (במדבר כח, א-טו). ויש בזה רמז, שמתוך הקדושה הקבועה והתמידית שבאה לידי ביטוי בקרבן התמיד שהיו מקריבים בכל יום בבוקר ובערב, אפשר להמשיך לקדושה המיוחדת של ראש חודש, שיש בה התחדשות, כפרה ותשובה.
לאחר הקריאה בתורה ואמירת 'אשרי' 'ובא לציון' מתפללים תפילת עמידה של מוסף. שלוש הברכות הראשונות ושלוש האחרונות כמו בכל התפילות, והברכה האמצעית היא מעניין ראש חודש, וחותמים בה: "מקדש ישראל וראשי חודשים".
תקנו להתפלל מוסף כנגד קרבן מוסף של ראש חודש, וכן זמן התפילה כנגד זמן קרבן מוסף, לפיכך, צריך להתפלל מוסף עד סוף שבע שעות זמניות של היום. המתאחר ולא התפלל עד סוף שבע שעות נקרא פושע, ואע"פ כן יתפלל אח"כ, כי בדיעבד אפשר להקריב מוסף כל היום (שו"ע רפו, א).
נוהגים לחלוץ תפילין לפני תפילת מוסף. וכמו שביום טוב אין מניחים תפילין, מפני שיום טוב עצמו הוא 'אות' בין ה' לישראל, ואין צורך להוסיף עליו עוד 'אות' של תפילין, כך גם תפילת מוסף של ראש חודש נחשבת כ'אות', ואין צורך בעוד 'אות' של תפילין (שו"ע תכג, ד, מ"ב י). נוהגים לחלוץ את התפילין אחר הקדיש שלפני מוסף. ונכון להמתין עד לסיום כריכת התפילין ברצועותיהן והנחתן בנרתיק, שאם לא כן יהיו מונחות בחוסר כבוד במשך תפילת מוסף.
נוהגים לומר בשחרית מזמור 'בָּרֲכִי נַפְשִׁי' (תהלים קד), מפני שכתוב בו: "עָשָׂה יָרֵחַ לְמוֹעֲדִים". ויש סוברים שמזמור זה היו אומרים הלוויים בבית המקדש בראש חודש (ערוה"ש תכג, ה).[17]
אם התפלל מוסף לפני שחרית יצא, אבל לכתחילה צריך להקדים שחרית, כשם שצריך להקדים את קרבן התמיד לשאר הקרבנות (רמ"א רפו, א).
בקהילות רבות מעדות ספרדים ואשכנזים אומרים בסוף התפילה אחר מוסף רק 'ברכי נפשי', כי הוא שיר היום. וכ"כ שבולי הלקט, אבודרהם, טור ושו"ע תכג, ג, עולת ראיה. וכן נהגו יוצאי ספרד בירושלים וצפת, צפון אפריקה, טורקיה, ארם צובא ועוד. מנהג חסידים אשכנז, לומר שיר של יום ואחריו 'ברכי נפשי'. למנהג יוצאי ספרד שנוסד בימי האחרונים עפ"י שכנה"ג ובא"ח (כי תשא יז) והגרע"י, אומרים שיר של יום אחר ובא לציון, ואחר מוסף 'ברכי נפשי'.
