从30年代开始，随着第一个五年计划的顺利实施，苏军在装备上比之前有了长足的进展。根据新的情况，1935年底，苏军步兵师实施了新的编制。
1935年12月新的编制1个步兵师辖3个步兵团、1个炮兵团、1个坦克营、1个高炮营、1个反坦克炮兵营、1个侦察营、1个通信营、1个工兵营及后勤分队等。全师共13065人，装备76支反坦克枪、370挺轻机枪、175挺重机枪、18挺高射机枪、18门82毫米迫击炮、46门76毫米加农炮、12门122毫米和12门152毫米榴弹炮、18门45毫米反坦克炮、12门37毫米高射炮、60辆轻型坦克、12辆装甲车、471辆汽车、70台拖拉机、4798匹马
1935年底苏军拥有86个步兵师（17个基干步兵师、22个混编步兵师、5个山地步兵师、42个地方步兵师）
1939年9月国防人民委员会部公布了最新的步兵师编装表，如果单就历史数据上来看，这份编制表中引入了许多现代化的装备跟组织结构，如果一切按照编制表来编制的话，1939年的红军步兵师可谓是当时全世界战斗力最强的步兵师。
在步兵武器上，这份编制表中新增了大量的50、82、120毫米迫炮，这三种武器不但设计精良，120毫米迫炮更是在西方国家陆军中没有可以相匹敌的武器。1938年式120毫米迫炮射程5.7千米，射速12-15发/分钟，威力与西方国家的105毫米榴弹炮相当，但是构造简单、制造起来便宜又快速，更重要的是可以用人力搬运。红军步兵师中每个步兵团编制有一个四门炮的炮连，三个团加起来整整有12门，不但火力大幅加强，更重要的是，这些120毫米迫炮直接受团长指挥，可以说是团长的主战兵器！
除了火力强大的步兵团之外，与西方各国的步兵师相比较，苏联红军步兵师还另外增加了1个重炮兵团，这个炮兵团包括有一个122毫米榴弹炮营和一个152毫米榴弹炮营。
不过在上述惊人火力背后却存在着问题：一是红军的通讯技术相当落后，因此虽然有大量的火炮，但是却无法有效地进行火力协调作业；二是除了152毫米榴炮外，其他火炮都是用马拖运，虽然在当时西方各国都是使用马来拖炮，但是在苏联广大的空间中，兽力无法满足长时间、长距离的机动需求。
1939年9月编制每个步兵师辖3个步兵团、2个炮兵团、1个高炮营、1个反坦克炮兵营、1个坦克连、1个通信营、1个侦察营、1个工兵营等。全师共18906人，装备534挺轻机枪、162挺重机枪、33挺高射机枪、60支反坦克枪、81门50毫米迫击炮、36门82毫米迫击炮、12门120毫米迫击炮、54门45毫米反坦克炮、8门37毫米和4门76毫米高射炮、38门76毫米加农炮、28门122毫米榴弹炮、12门152毫米榴弹炮、16辆轻型坦克、12辆装甲车、746辆汽车和卡车、92台拖拉机、1788辆马车、6118匹马。
虽说红军步兵师编装完整、战力强大，但是事实上却存在有许多问题，主要反映在：
-为了加强统帅部的坦克后备力量，步兵师的坦克营缩编为坦克连
-虽然编制表中拥有大量的反坦克武器，但是到1940年底为止，各步兵师的反坦克武器数量都无法达到编制数目；更糟糕的是，一直到1941年各师的反坦克武器都无法获得足够的弹药。
-虽然各师都有防空单位，但是防空单位的火力明显不足，这是因为考虑到当时苏联拥有庞大的空军机群而做的决定。不过当开战之后德军在短短几天内将绝大多数的苏联空军机群都歼灭之后，防空火力不足让红军付出了极大的代价。
-由于之前的大清洗，使得红军大量军官损失，因此在面对1939年新的步兵师编装表时，红军已无足够的军官担当职务，只能从低级军官越级提拔。这不但使得新的步兵师变成一个难以控制的怪物，也造成了在日后的苏芬战争中，强大的步兵师在面对芬兰军队落后的小部队时不堪一击的后果。
当时，苏军和平时期步兵师编制有两种，西部边境军区的步兵师编制6954人，内地军区的步兵师编制5220人，唯一例外的是远东军区部队，因为局势紧张，基本接近战时编制。此时红军共有98个步兵师（84个基干步兵师、14个山地步兵师），全部为常备军，原先的地方步兵师都撤销。
1940年6月有鉴于苏芬战争的教训，红军再次调整了步兵师编制，新的编制做了两项改变。一个是鉴于苏芬战争中芬兰军队使用冲锋枪获得的佳绩，将冲锋枪编入步兵班，加强其建制火力；第二则是增加了82毫米迫击炮的数量，步兵营中的迫炮连由4门增加为6门，这也使得每个步兵师的82毫米迫炮数量由36门增加到54门。
新的步兵师辖3个步兵团、2个炮兵团、1个高炮营、1个反坦克炮兵营、1个坦克连、1个通信营、1个侦察营、1个工兵营等。全师共17166人，装备648支冲锋枪、437挺轻机枪、166挺重机枪、33挺高射机枪、60支反坦克枪、81门50毫米迫击炮、54门82毫米迫击炮、12门120毫米迫击炮、54门45毫米反坦克炮、8门37毫米和4门76毫米高射炮、34门76毫米加农炮、28门122毫米榴弹炮、12门152毫米榴弹炮、16辆轻型坦克、13辆装甲车、827辆汽车和卡车、88台拖拉机、4218匹马
随着战争的临近以及参考欧洲战场的经验教训，1941年4月红军又进行了新一波的编制改革。
首先在步兵班的结构上，新的步兵班包括有一名班长、一个两人的轻机枪组、两名冲锋枪手和六名步枪兵，而包括班长与步枪兵都配备有半自动步枪。1个步兵排则除了有四个步兵班之外，还包括了一个四人的50毫米迫炮组，而原先编制表中的反坦克步枪组则因为武器生产不足而被取消。在更高的层级上面，步兵连和步兵营的结构没有太大的改变，只有在步兵团中原本的步兵炮排由3个缩减成2个，但是每排两门炮的编制并没有变动。
真正重要的变化是在通信方面，各单位中都新增了许多的电话机、无线电台与传令人员，使得表面上的通信能力远远超出当时西欧各国的水平，不过如果实际上研究起来，这些通讯能力是无法满足前方单位与后方炮兵单位间的火力协调需求的。
此外，新的编制表也大幅削减了后勤支持人力，在团级以下单位共削减了25%的后勤支持人力。
师的2个炮兵团仍然维持强大的火力，并因为增加了通讯能力而使得效率增高。不过有趣的状况是，一来红军的新编制中只增加了炮兵单位上下间的通讯能力，却没有增强各单位间的横向联络能力，各炮连间无法横向的沟通；二来新的编制表中取消了炮兵团的弹药补给纵列，这相当程度影响了火力发挥与弹药补给。
新的编装表相当反映了苏芬之战中的教训，首先在人员上大幅降低，在不影响到火力的情况下，新的人员编制数人员继续降低；在火力上，传统的步枪数量进一步减少到6600余支，而半自动步枪从530支增加到3405支，冲锋枪增加到了1204支；在运输能力上，机动车辆的数目维持不变，但是由于炮兵团机动化的结果，使得马匹数量大幅减少。
总的来说，新的编制表虽然在人员数量上缩减了，但是还是存在有下列的重要问题：
新的编装中大幅削减了后勤支援能力，使步兵师要在战斗中持续维持战斗力变得更困难。
缺乏有经验军官的问题还是没有改变。
通讯能力虽然在纸面上大幅加强，但是在营以下单位普遍缺乏通讯装备，甚至连师侦察营各连也没有无线电台，而较高层单位与炮兵单位虽然编制有通讯设备，但由于设备生产能力不足，所以各项设备也仅仅为纸面数字。
运输车辆不足，各师必须等到动员后征用民间车辆才能够满编，严重影响实际作战时的运输能力。
防空能力不足，由于12.7mm德什卡机枪生产量不足，各单位还是只能用老式7.62毫米马克沁机枪来做防空使用。
编制辖3个步兵团、1个独立高炮营、1个反坦克炮营、1个炮兵团、1个榴弹炮团和勤务保障分队等。共14483人，装备步枪和卡宾枪10420支、冲锋枪1204支、轻机枪392挺、重机枪166挺、高射机枪33挺、84门50毫米迫击炮、54门82毫米迫击炮、12门120毫米迫击炮、54门45毫米反坦克炮、34门76毫米加农炮、32门122毫米榴弹炮、12门152毫米榴弹炮、8门37毫米和4门76毫米高射炮、16辆轻型坦克、13辆装甲车、卡车841辆、汽车558辆、99台拖拉机、616辆马车、马匹3039匹。
战争爆发时，西部边境军区大部分步兵师人数只有战时编制数的60%-85%即8500-12000人，西部边境5个军区步兵师平均员额为列宁格勒军区11985人，波罗的海沿岸特别军区8712人，西部特别军区9327人，基辅特别军区8792人，敖德萨军区8400人，内地军区大部分部队还在组建之中。此时和平时期步兵师依然采取两种编制，边境地区编制1.2万人，内地军区编制0.6万人。
根据最新的数据，6月22日，苏军在西部边境地区共有170个师又2个独立步兵旅以及12个空降旅，此外在这一区域还有内卫部队的7个师2个旅11个团及49个边防支队。第一梯队距离边界50-100千米，部署有53个步兵师、3个骑兵师和2个独立步兵旅。第二梯队距离边界50-100千米或更远地区，部署13个步兵师、3个骑兵师、24个坦克师和12个摩托化师。预备队距离边界100-400千米，有62个师，在西德维纳和第聂伯河之间还部署了13个师，以供西南方面军和统帅部预备队使用，正在开进的还有内地军区的10个师。
此后，在4年的苏德战争中，红军步兵师的编制依然在不断调整。
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