机车被广泛运用，提高了列车重量及运行速度。运输组织方面，苏联于1935年首次编制及实行了全国铁路列车运行图，取代了以往的区段制运行图，以提高铁路运输工作的协调性。1941年6月，纳粹德国对苏联发动全面进攻，战火首先烧到乌克兰，由此开始了长达四年的苏联卫国战争。在战争期间，苏联铁路承担了前所未见的运输任务，不仅要配合作战攻势将部队及军用物资及时地从后方运输到前线，还要完成将西部地区工业基地转移到西部的撤退运输。战争对铁路运输造成巨大的破坏，大量轨道、桥梁、车站、仓库等基础设施被摧毁。战争结束后，苏联开始了