Проблема защиты подвижного состава от господствовавшей в первые месяцы войны германской авиации вынудила создать совершенно новый тип бронепоезда — зенитный. Железнодорожный транспорт по-прежнему оставался основным сухопутным видом транспорта для перевозки грузов. Ежедневно и еженощно к фронту и обратно двигались сотни и сотни железнодорожных составов. Боеприпасы и горючее, продовольствие и личный состав — все это было предметом пристального внимания немецкой авиации, справедливо считавшей нарушение коммуникаций одной из главных своих задач.
В каждый зенитный бронепоезд входили:
— огневой взвод среднего калибра, включавший три 76,2-мм зенитных орудия с приборами управления зенитным огнем (ПУАЗО-З) и дальномером;
— огневой взвод малого калибра — две автоматические 37-мм зенитные пушки:
— пулеметный взвод — три крупнокалиберных пулемета ДШК.
Все это вооружение размещалось на специальных бронеплощадках. Сопровождая эшелон, огневые средства, как правило, распределялись по всему составу. Бронеплощадки с зенитной артиллерией обычно прицеплялись в голове и в хвосте состава. Пулеметы располагались в середине.
Всего в Советском Союзе во время Великой Отечественной войны было построено около 100 зенитных бронепоездов. Они представляли собой самостоятельные формирования войск противовоздушной обороны, находясь в подчинении командиров дивизий и корпусов ПВО, и действовали в основном самостоятельно.
Большое количество зенитных бронепоездов было сосредоточено на Севере. Финские и германские части с самого начала войны пытались нарушить работу Кировской железной дороги, по которой шли составы с грузами, которые доставлялись по ленд-лизу полярными конвоями.
Эшелоны постоянно подвергались налетам авиации, атакам диверсионных групп из Финляндии. Особенно частым ударам с воздуха подвергался участок железной дороги длиной 164 км от станции Лоухи до станции Кандалакша. Начиная с декабря 1942 года, немецкая авиация усиленно бомбила станции и мосты этого участка. Возникла реальная угроза срыва важнейших для нашей страны ленд-лизовских поставок. Советское командование срочно усилило противовоздушную оборону Кировской железной дороги, в том числе и формированием здесь зенитных бронепоездов.
В мае — июне 1943 года авиацией противника было атаковано и повреждено около 170 эшелонов. Иногда на железной дороге развертывались настоящие сражения между атакующими самолетами и обороняющимися бронепоездами.
Так, в мае 1943 года зенитный бронепоезд № 201, сопровождавший эшелон с военным грузом в Кандалакшу, был атакован двумя парами немецких истребителей. Бронепоезд успешно отразил несколько атак и даже сбил один самолет. Расстреляв боекомплект, истребители ушли на свой аэродром, но вскоре появилась группа бомбардировщиков, и бой разгорелся с новой силой. Бронепоезд сбил два «юнкерса», но и сам получил ряд серьезных повреждений, сумев, правда, выполнить поставленную перед ним задачу.
Наиболее эффективным стало использование зенитных бронепоездов на завершающем этапе войны. В этот период следовало достаточно быстро обеспечить развертывание противовоздушной обороны железных дорог на освобожденных территориях. Зенитно-артиллерийские полки и истребительные авиаполки не успевали за стремительно продвигавшимися на запад советскими частями. В этих условиях лишь бронепоезда, которые за одни сутки могли покрыть расстояние в 800 км, могли успешно справиться с этой проблемой.
Кроме бронепоездов в течение 1942 года было изготовлено семь бронедрезин на шасси мотовоза МЗ/2 и автодрезин Уа. Последние показали себя в эксплуатации маломощными, и их изготовление прекратили. В дальнейшем изготавливались бронедрезины нескольких типов: тяжелые, транспортные, штабные. Толщина корпуса бронедрезин колебалась от 9 до 15 мм. Вооружение составляли 45-мм пушка или пулемет «максим» в башне, а также пулеметы ДТ или «максим» на бортах.
Бронедрезины, в которых использовались корпуса и башни легких танков, изготавливались на заводе НКПС им. Войтовича и в депо Московского железнодорожного узла. Почти все бронедрезины были оборудованы роликами для перехода на соседний путь по специально возимым полосам — рельсам.