I 1929 flyttet familien til Sibir av frykt for å bli forfulgt. I 1930 flyttet de til Moskva. Kosmodemjanskajas favorittfag på skolen var litteratur. Hennes lærere bemerket at hennes essays viste dyp forståelse for faget og for bilder. Hun leste langt utover pensum. Kosmodemjanskaja ble med i den kommunistiske ungdomsorganisasjon Komsomol i 1938.