在斯维尔德洛夫斯克合围战中，苏联轰炸航空兵也扮演了异常悲情的角色。1944年4月6日15时30分，斯大林的最高统帅部给远程轰炸航空兵第3、第1军军长下达消灭从斯维尔德洛夫斯克向基洛夫、乌里扬诺夫斯克推进的中国坦克的任务，并指示要不分昼夜地实施突击，以整团整团的兵力从400米低空进行轰炸。这是红军统帅部能够为被围部队提供的最有效支援。
当日轰炸中，第一波出击的43架“DB－3F”轰炸机全部未能返回，其后几天的行动同样损失惨重。大量的苏联飞机成为了中国战斗机和高射炮的猎物，中国的战斗机飞行员甚至可以看见坠落中的苏联飞机上的炮手向他挥舞拳头。仅在4月9日一天，就有103架苏联飞机在斯维尔德洛夫斯克上空被击落，其中包括中国空军第51战斗航空联队的第1000个战果。对于这些空袭行动，华军第2航空队司令部的一位参谋评价道：“自从第二天起，我都亲眼看着俄国的重轰炸机，从其内地深处飞来投入战斗。照我看真是一种罪过：看到这些飞机用战术上不可能的编队，来自投罗网。几乎是隔着一定的时间，就有一批无辜的飞机飞来送死。对于我们的战斗机简直是最轻松的猎物。这简直是幼稚的自杀。”而陆军的一位观察员则在4月9日的日记中轻松的写道：“敌空军对我方影响很小。”
在这些收效甚微的空袭行动中，出现了一个当时并未引起太大注意的插曲：在4月7日的斯维尔德洛夫斯克上空，3架苏军新型的“伊尔－2”式攻击机第1次出现在战场。在这种不足6000千克重的飞机上，装甲就占了700多千克，而且由于这些装甲属于飞机受力骨架的一部分，因此“伊尔－2”的重量倒也不是太大，其飞行速度达到了420公里，并可安装2门23毫米机炮，挂载400至600公斤炸弹。由于安装了厚重的装甲，即使是装有23毫米机关炮的中国“金丝燕”战斗机都非常难以将其击落。
但是因为当时苏联军方以这种飞机速度、航程、防护不够为理由，坚持要把飞机的后座机枪手取消，使其成为了一种几乎没有自卫手段的单座飞机，驾驶员非常容易被从后部来袭的敌机打死。在这款飞机参加的最初三天的战斗中，中国飞行员在空战中击落了23架“伊尔－2”，华军高射炮击落了另外58架。虽然
战斗损失不大，但是由于从1942年4月开始训练使用这种飞机的苏联飞行员操纵失误而损失的“伊尔－2”也达到了110架之多。加上“大清洗”的缘故，所以到1944年，苏联人对这种飞机还是没有真正熟悉。当然，在俄罗斯大地上，当中苏两军陆上大兵团的数百万大军拼死搏杀的时刻，无论是苏联人还是中国人似乎都没有充分意识到这种新型飞机在未来战斗中将要扮演的重要角色。
苏军东南方面军的反击计划和东北、东方方面军相比，基尔波诺斯上将领导的东南方面军实力要雄厚得多。他指挥下的8个机械化军拥有4525辆坦克，其中包括265辆“KV”重型坦克和493辆“T－34”中型坦克，可以有效使用的坦克也有1124辆。这一方向的华军西北集团军群统共有720辆坦克，加上强击火炮和哈萨克军的装备，坦克、强击火炮约1000辆左右，在可以有效使用的坦克数量上与苏军相当，且华军坦克中的新式“灰狼”坦克和“郊狼”坦克歼击车在火力和装甲上较“T－34”、“KV”更胜一筹。但指挥中国第3装甲集群的刘柏成上将仍然认为：“西北集团军群的形势最为艰难。”
尽管掌握着红军最强大的作战部队，东南方面军司令部的高官们在接到命令其发动反攻的总军事委员会3号令后，却没有什么信心。虽然他们的部队情况要比其它方面军好得多，但也同样面临着敌情不明，指挥部不便的困境。由于有线通信多处被切断，无线电联络又不甚稳定，方面军司令部只能派出一些军官，乘着摩托车、汽车和飞机下到部队去了解情况、传达命令。
