Главной ударной силой сухопутных войск должны были стать механизированные корпуса, в каждом из которых полагалось иметь свыше 1000 танков. В конце 1940 г. началось формирование 9 мехкорпусов, а в марте 1941 г. — еще 20. Для их полного укомплектования требовалось 32 тыс. танков, из них 16 тыс. новых. По плану 1941 г. промышленность должна была выпустить 4 тыс. KB и Т-34. Поэтому к началу Великой Отечественной войны лишь каждый десятый мех-корпус был полностью оснащен боевой техникой, еще пять были укомплектованы наполовину, остальные имели менее половины штатного количества танков, а 17-й и 20-й мехкорпуса не могли считаться боевыми соединениями, так как получили соответственно 3,5 и 9 % боевых машин. Решение о формировании 29 мехкорпусов, начатое без учета реальных возможностей танковой промышленности, было ошибочным.
Накануне войны советская авиация находилась в стадии перевооружения. К этому времени большинство самолетов, принесших стране мировую славу и установивших 62 мировых рекорда, уже утратили свое превосходство над зарубежной техникой. Требовалось обновить самолетный парк, создать следующее поколение боевых машин. Сталин постоянно следил за развитием авиации, встречался с летчиками и конструкторами, со знанием дела рассуждал о конструктивных особенностях советских и зарубежных самолетов, давал конкретные указания по разработке новых типов истребителей, бомбардировщиков, штурмовиков. Малейшие изменения в конструкции серийных машин производились только с его разрешения и оформлялись соответствующими постановлениями ЦК ВКП(б) и СНК СССР.
По числу самолетов советские ВВС превосходили любую страну мира, но по качественным показателям они начали отставать от лучших мировых образцов. После фейерверка авиационных рекордов признать свое отставание было нелегко. Вместо двух конструкторских бюро, являвшихся монополистами в деле создания истребителей и бомбардировщиков, было образовано около 20 новых КБ, получивших задание в минимальные сроки спроектировать и построить боевые самолеты, соответствующие мировому уровню. В напряженной конкурентной борьбе победили конструкторские коллективы С.В. Ильюшина, В.М. Петлякова, С.А. Лавочкина, А.И. Микояна и А.С. Яковлева, создавшие уникальный бронированный штурмовик Ил-2, скоростной пикирующий бомбардировщик Пе-2, а также истребители ЛаГГ-3 и Як-1, способные конкурировать с немецкими «Мессершмиттами».
С начала 1941 г. авиапромышленность полностью перешла на выпуск только новых самолетов и должна была произвести в первом полугодии 2925 истребителей, 2475 бомбардировщиков и 460 штурмовиков. До начала Великой Отечественной войны армия получила 2,7 тыс. новейших самолетов. Самолеты старых типов в это время составляли 82,7 % самолетного парка, а новые— 17,3 %. Лишь 10 % строевых летчиков успели освоить новые машины. Таким образом, процесс перевооружения ВВС находился в самом начале, и для его завершения требовалось не менее полутора лет.
Новый глава военного ведомства С.К. Тимошенко понимал, что армия нуждается в серьезной перестройке всей системы боевой подготовки. Он требовал учить войска тому, что нужно на войне, и только так, как это делается на войне. Резко вырос объем полевых занятий, а сами учения стали проводиться в обстановке, максимально приближенной к реальным условиям войны. Будучи горячим сторонником единоначалия в армии, Тимошенко убедил Сталина отменить введенный в 1937 г. институт военных комиссаров. Наличие в каждой воинской части полномочного комиссара вело к двоевластию, ограничивало возможности командира при решении любых вопросов. Функционирование института военных комиссаров (1937–1940) пришлось на годы массовых репрессий в армии, это обстоятельство также следовало учесть. Летом 1940 г. вместо Политуправления РККА создается Главное управление политпропаганды. Функции заместителей командиров по политчасти были сведены к политическому воспитанию красноармейцев. Нарком требовал от замполитов помогать командованию в укреплении единоначалия и повышении авторитета командира. Тимошенко подчеркивал, что без полного единоначалия невозможно навести в армии настоящий порядок и вывести ее на уровень современных требований.
В 1940–1941 гг. улучшилась боевая подготовка красноармейцев, повысилась дисциплина, однако полностью перестроить армию за столь короткий срок не удалось.