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第二個五年計劃在1933年至1937年推行，其主要目標則由農業轉為發展重工業，史太林為煤、鐵、鋼等工業生產定下高額生產目標，及下令興建發電站、礦井及油田，又改進運輸設施。結果在短短數年間工業產量有大幅度提升，以鋼產量為例，1938年的鋼產量比第一次世界大戰前增加近三倍、比1920年的最低潮高出百多倍，僅次於美國，比英國和法國的產量總和高；位居歐洲第一、世界第二。同年蘇聯在世界製造業產量的佔有率僅次於美國、德國及英國，位列第四；工業產量的提升帶動能源耗用量比一次大戰前增加三倍有餘、比1920年的最低潮高出十二倍，同樣僅次於美國、德國、英國。而烏拉爾及西伯利亞地帶則建設了一批新興的工業城市，推動城市化的發展。

1938年開始的第三個五年計劃則集中發展軍事工業。史太林通過發展一些和軍工業近似的民用工業，以為即將到來的戰爭作準備，譬如擴大農用履帶拖拉機的生產，以便在戰時可於短時間內利用其生產線來生產輕型坦克，又或以擴大飛機生產以準備生產戰機。1938年開始，蘇聯的飛機生產較上年度增加一倍有餘，達七千五百架，翌年開始更保持在一萬架以上；1940年，蘇聯的武器生產額僅次於德國，達五十億美元，已等同於英美兩國武器生產額的總和，蘇聯經已成為