1939年9月1日，德国开始入侵波兰，第二次世界大战正式爆发。面对紧张的世界局势，苏军也进行了扩军。1939年9月，苏军总数达到了200万人，而防空军人数也达到了8.7万人，所占比例达到3.9%，其余则是陆军79.3%、空军10.9%和海军10.7%。
由于形势的变化，防空的重要性日益突出。1940年12月27日，工农红军防空局升级为工农红军防空总局，而到了1940年5月，防空军总兵力达到了10.51万人。
1941年2月，联共（布）中央和苏联人民委员会做出了《关于加强苏联对空防御》的决定。根据这个决定，各军区首长负责保卫城市、经济中心和军队配置地域免受空袭。军区所辖区域就是一个防空区，防空区划分为若干防空地域，防空地域又划分为若干防空要点。
战前经过红场的1931年式3-K型76毫米高炮
苏德战争爆发时，整个苏联共有13个防空区，隶属于各大军区。中央领率机关为工农红军防空总局，在西部边境地区共有6个防空区，由北到南依次是是北、西北、西、基辅和南防空区。
13个防空战役军团（防空区）具体情况为（括号内为其隶属军区）：北（列宁格勒军区）、西北（波罗的海沿岸军区）、西（西方特别军区）、莫斯科（莫斯科军区）、基辅（基辅特别军区）、南（敖德萨军区）、哈尔科夫（哈尔科夫军区）、奥廖尔（奥廖尔军区）、北高加索（北高加索军区）、南高加索、中亚细亚（中亚细亚军区）、后贝加尔（后贝加尔军区）、远东（远东军区）。
防空区的编成中有防空军、师、独立旅、独立高炮团、独立高炮营等，共有3个防空军、2个防空师、9个防空旅、28个防空高炮团、109个独立高炮营、28个独立高机连、6个对空情报团、35个独立对空情报营、5个独立对空情报连、4个独立情报无线电营、40个歼击航空兵团。防空军总兵力达到18.2万人，占到苏军当时总兵力540万人的3.4%。
防空军共装备中口径高射炮3329门、小口径高射炮330门、高射机枪650挺、探照灯1500部、拦阻气球850个、警戒雷达45部。防空军装备的高射炮数量约占整个苏军装备数量的36.8%。此外，防空军还装备近1500架歼击机，歼击机各机型比例大致为伊-15（1%）、伊-16（66%）、伊-153（24%）、雅克-1和米格-1（9%），此外接收了一些米格-3和拉格-3歼击机。
防空军歼击航空兵主力战机伊-16歼击机
当时苏军各防空区具体情况如下
北防空区，指挥官Ф.Я.Крюков克留科夫，主要保卫目标有列宁格勒（防空第2军-辖6个高射炮兵团，军长М.М.Процветкин普罗切夫特金）、沃尔霍夫、维堡、摩尔曼斯克、彼得罗扎沃茨克等，共有防空军1个、旅级防空地域6个，9个歼击航空兵团（都在列宁格勒，隶属于防空歼击航空兵第7军，军长С.П. Данилов丹尼洛夫）
西北防空区，指挥官М.М.Карлин卡林，主要保卫目标有塔林、里加（独立防空第10旅，旅长М.И.Удовыдченко乌德夫德切年科）、考纳斯（独立防空第14旅，旅长П.М. Барский巴尔斯基）、维尔纽斯（独立防空第12旅，旅长Д.Я.Дрожинин德罗日宁）、大卢基、利耶帕亚、瓦尔加，共防空旅3个、旅级防空地域1个
莫斯科防空区，指挥官М. С.Громадин格罗马金，主要保卫目标有莫斯科（防空第1军-辖6个高射炮兵团，军长А.Д.Журавлев茹拉夫列夫）、加里宁、勒热夫、斯摩棱斯克、图拉等，共防空军1个、旅级防空地域2个，11个歼击航空兵团（都在莫斯科，隶属于防空歼击航空兵第6军，军长И.Д. Климов克里莫夫）
1943年2月5日格罗马金中将（最右）在克里姆林宫，未来苏联国土防空军首任司令
西防空区，指挥官С.С.Сазонов萨佐诺夫，主要保卫目标有明斯克（独立防空第7旅，旅长А.П.Колесников科列斯尼科夫）、比亚斯托克（独立防空第13旅，旅长М.Я.Яковлев雅科夫列夫）、奥尔沙、莫吉廖夫、博布鲁伊斯克、戈梅利、布列斯特、格罗德诺等，共防空旅2个、旅级防空地域5个、1个歼击航空兵团（在明斯克）
奥廖尔防空区，主要保卫目标有罗斯拉夫尔、布良斯克、奥廖尔、库尔斯克、绍斯特卡等，共高炮团3个、独立高炮营4个
基辅防空区，指挥官А.И.Данилов丹尼洛夫，主要保卫目标有基辅（防空第3师，师长В.Г.Поздняков波兹尼亚科夫）、文尼察、科罗斯坚、日托米尔、罗夫诺、利沃夫（防空第4师，师长Ф.Г.Янковский扬科夫斯基）、德罗戈贝奇（独立防空第11旅，旅长Н. В. Марков马尔科夫）等，共防空师2个、防空旅1个、旅级防空地域3个，4个歼击航空兵团（都在基辅）
哈尔科夫防空区，主要保卫目标有哈尔科夫、波尔塔瓦、克列缅丘格、顿涅茨克等，共高炮团3个、独立高炮营2个
丹尼洛夫少将
南防空区，指挥官Г.А.Буриченков布里切年科，主要保卫目标有基洛夫格勒、切尔诺夫策、蒂拉斯波尔、敖德萨（独立防空第15旅，旅长И.Т.Шиленков舍连科夫）、扎波罗热、克里沃伊罗格、塞瓦斯托波尔等，共防空旅1个、旅级防空地域4个、歼击航空兵团2个（在敖德萨和克里沃伊罗格各1个）
北高加索防空区，主要保卫目标有罗斯托夫、格罗兹尼等，共高炮团2个
南高加索防空区，主要保卫目标有巴库、新罗西斯克、索契、图阿普谢、波季、巴统（独立防空第8旅）、第比利斯、列宁纳坎、埃里温等，共有防空军1个（防空第3军-辖7个高射炮兵团，军长 П.Е.Гудыменко古杜缅科）、防空旅1个、高炮团3个、独立高炮营5个，歼击航空兵团9个（8个在巴库，隶属于防空歼击航空兵第8军；另外1个在第比利斯）。
后贝加尔防空区：防空第2（巴里-图缅斯基）旅、防空第1旅、防空第3（赤塔）旅和防空歼击航空兵第9团
远东防空区：防空第4（斯帕斯克-乌苏里江）旅、防空第1（古比雪夫）旅、防空第2（比罗比詹）旅、防空第5（伏罗希洛夫-乌苏里江）旅、防空第5旅、防空第3（共青城-阿穆尔）旅和防空歼击航空兵第18团
1943年发行的防空部队邮票
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