Vào mùa đông năm 1939, Liên Xô đã tấn công Phần Lan do tranh chấp lãnh thổ ở vùng biên giới, buộc Phần Lan phải nhượng lại một phần lãnh thổ của mình, được gọi là Chiến tranh Sufen. Khi phát xít Đức xâm chiếm Liên Xô vào năm 1941, Phần Lan gia nhập Phe Trục.

Vào ngày 3 tháng 8 năm 1939, Ngoại trưởng Đức Joachim von Ribbentrop yêu cầu Su cải thiện mối quan hệ của họ. Vào thời điểm này, Liên Xô đã giới thiệu "Hiệp ước Sud và không xâm phạm lẫn nhau" vào ngày 23 tháng 8 với Đức Quốc xã. Sau khi Chiến tranh thế giới thứ hai bùng nổ, theo phạm vi ảnh hưởng của hiệp ước, Liên Xô đã phái quân đến Ba Lan để chiếm lại lãnh thổ mà Ba Lan chiếm từ Nga năm 1921. Ba nước vùng baltic là Estonia, Latvia và Litva sáp nhập vào Liên Xô qua các cuộc bỏ phiếu. Hàng trăm ngàn người bị trục xuất đến các khu vực xa xôi ở Siberia.

Việc ký kết "Hiệp ước Xô-Đức" của Liên Xô chỉ là một kế hoạch hòa hoãn nhằm tránh phải giao chiến sớm với Đức. Lãnh đạo Liên Xô biết rõ rằng Adolf Hitler, người luôn muốn tiêu diệt chủ nghĩa xã hội, sẽ sớm xé bỏ hiệp ước hòa bình. Do đó, Liên Xô bắt đầu vận chuyển một lượng lớn vật liệu và thiết bị từ phần châu Âu sang hậu phương, tạo điều kiện thuận lợi cho cuộc chiến tranh Xô-Đức sau đó. Tuy nhiên, Stalin vẫn có một chút tính toán sai lầm. Ông luôn tin rằng Đức sẽ không tấn công Liên Xô trước khi đánh bại nước Anh, nhưng cuối cùng Hitler lại quyết định tấn công Liên Xô dù chưa đánh bại được Anh

Vào sáng sớm ngày 22 tháng 6 năm 1941, Đức đã phát động một cuộc tấn công bất ngờ vào Liên Xô với hơn 3,8 triệu quân, 5.100 máy bay, 3.800 xe tăng và một số lượng lớn pháo. Do không chuẩn bị chiến tranh, Hồng quân Xô viết đã chịu tổn thất lớn về quân sự, nhưng sau đó dần hồi phục, đánh bại quân địch trong những trận đánh lớn ở Moscow và Stalingrad, sau đó quay sang phản công Đức. Sau đó, chiến trường Xô-Đức trở thành chiến trường chính của lục địa châu Âu cho đến ngày 6 tháng 6 năm 1944, khi quân Đồng minh phát động Trận Normandy.

Năm 1945, các lực lượng Đồng minh, bao gồm Hồng quân Xô viết, đã chiếm được toàn bộ lãnh thổ Đức và chiến tranh ở châu Âu kết thúc. Tuy bị các chỉ huy nghiêm cấm nhưng một số binh sỹ Quân đội Xô viết, do quá căm thù sự giết chóc mà quân Đức gây ra nên đã có những hành động trả thù người Đức, bao gồm cưỡng hiếp phụ nữ ở Đức.

Ngày 08 tháng 8 năm 1945, Hồng quân Xô viết tuyên chiến với phát xít Nhật Bản và ngày 9 tháng 8 đã phát động chiến dịch Bão tháng tám ở phía đông bắc Trung Quốc và phía bắc của bán đảo Triều Tiên, để tiêu diệt quân Quan Đông của Nhật Bản.