亚楼任抗大教育长，协助罗瑞卿等组织教学工作。1939年到苏联，入伏龙芝军事学院学习。1942年11月通过论文答辩。毕业后的1943年，刘亚楼、卢冬生和杨至成被分配至苏联远东军区伯力，至步兵88旅工作。1945年8月，苏联红军对日宣战，刘亚楼随苏联红军进军东北，担任参谋。在作战中，一次苏联空军与地面部队的协同中出现问题，导致苏军地面部队遭到苏联空军轰炸，事故原因是一条命令没有得到有效传达，该命令曾通过刘亚楼传达，刘亚楼一度被判死刑，后调查得以幸免。日本战败后，刘亚楼留在苏联红军驻华部队，负责苏联红军和八路军的