Sau khi Liên Xô tan rã mùa thu năm 1991, cả hai phe tìm kiếm vũ khí từ các kho quân sự nằm rải rác ở Karabakh. Thoạt đầu phe Azerbaijan có ưu thế hơn: Trong cuộc chiến tranh lạnh, học thuyết quân sự của phía Xô Viết về việc phòng thủ vùng Caucasus vạch ra chiến lược đặt Armenia vào vùng chiến sự, trong trường hợp thành viên NATO là Thổ Nhĩ Kỳ xâm lược từ hướng tây. Vì vậy, Cộng hòa Xô viết Armenian chỉ có 3 sư đoàn bộ binh và không có sân bay nào, trong khi Cộng hòa Xô viết Azerbaijan có tới 5 sư đoàn và 5 sân bay. Hơn thế nữa, phía Armenia chỉ có khoảng 500 toa xe lửa đạn dược, trong khi phía Azerbaijan có đến mười ngàn toa xe đạn dược.[28]

Khi lực lượng của Bộ nội vụ Nga bắt đầu rút khỏi khu vực, họ bỏ lại cho người Armenia và Azerbaijan một kho khổng lồ đạn dược và xe quân sự. Quân chính quy được chính quyền Gorbachev gửi đến từ 3 năm trước nguyên là từ các nước Cộng hòa khác thuộc Liên Xô, và phần đông trong số họ không muốn ở lại đây lâu hơn nữa. Phần lớn binh lính đều là lính quân dịch trẻ và nghèo, nên nhiều người trong số họ bán lại vũ khí lấy tiền cho bất kỳ phe nào, hay chỉ đơn giản là đổi lấy vodka uống, một số thậm chí còn muốn bán xe tăng và xe bọc thép chở quân (APC). Các kho vũ khí không được kiểm soát là nguyên do khiến cả hai phe buộc tội và chế nhạo chính sách của Gorbachev là nguyên nhân chính dẫn đến cuộc chiến.[29] Phía người Azeris mua một số lớn các xe quân sự đó, như bộ Ngoại giao Azeri cho biết tháng 11 năm1993, rằng họ đã mua được 286 xe tăng, 842 xe bọc thép và 386 pháo.[16] Một số chợ đen cũng bắt đầu hoạt động, bán cả vũ khí xuất xứ từ phương Tây.[30]

Nhiều bằng chứng khác cũng cho thấy phía Azerbaija nhận được nhiều viện trợ quân sự từ phía Israel, Iran, Thổ Nhĩ Kỳ và nhiều quốc gia Ả Rập]].[31] Phần lớn trong số đó là các vũ khí do Nga sản xuất, hoặc đến từ các nước đông Âu, tuy nhiên, cả hai phía tham chiến đều tỏ ra rất sáng tạo. Cộng đồng Armenia hải ngoại quyên góp một số lớn tiền bạc gửi về cho Armenia, và thậm chí vận động Quốc hội Mỹ ra luật "Section 907 of the Freedom Support Ac" để phản đối việc Azerbaijan tiến hành phong tỏa Armenia; hạn chế việc hỗ trợ quân sự của Hoa Kỳ cho Azerbaijan năm 1992.[32] Trong khi phía Azerbaijan buộc tội người Nga hỗ trợ cho phía Armenia, thì thực tế là "binh lính Azeri trong khu vực được vũ trang tốt hơn rất nhiều bằng vũ khí thời Sô viết, so với đối thủ của họ."[29]

Khi Gorbachev từ chức Tổng bí thư ngày 26 tháng 12 năm 1991, các Cộng hòa còn lại là Ukraina, Belarus và Nga tuyên bố độc lập, và Liên Xô ngừng tồn tại ngày 31 tháng 12 năm 1991. Việc giải tán Liên bang Xô viết dỡ bỏ những rào cản cuối cùng ngăn cản hai phía Armenia và Azerbaijan tiến hành một cuộc chiến tổng lực. Một tháng trước đó, Quốc hội Azerbaijan bãi bỏ hiện trạng của Karabakh là một tỉnh tự trị, đổi tên thủ phủ của nó thành "Xankandi". Đối lại, ngày 10 tháng 12, một cuộc trưng cầu dân ý diễn ra ở Karabakh bởi thành viên nghị viện (cộng đồng Azeri tẩy chay cuộc trưng cầu), với người Armenia bỏ phiếu áp đảo ủng hộ độc lập. Ngày 6 tháng 1 năm 1992, vùng này tuyên bố độc lập từ Azerbaijan.[13]

Việc quân bộ nội vụ Liên Xô rút khỏi vùng Nagorno-Karabakh chỉ mang tính tạm thời. Tới tháng 2 năm 1992, các nước thuộc Liên Xô cũ thành lập Cộng đồng các quốc gia độc lập (SNG). Trong khi Azerbaijan không tham gia, thì Armenia lo ngại việc Thổ Nhĩ Kỳ có thể can thiệp quân sự vào cuộc xung đột, gia nhập SNG vì nó sẽ đóng vai trò "lá chắn quân sự bảo vệ". Tháng 1 năm 1992, lực lượng SNG tiến vào, đóng đại bản doanh tại Stepanakert, bắt đầu đóng vai trò tích cực hơn trong việc gìn giữ hòa bình, sáp nhập thêm vào các đơn vị cũ ở đó, trong đó có Trung đoàn Bộ binh cơ giới 366 và Quân đoàn 4 Sô viết cũ.[18]