1941年6月苏德战争爆发，此时的苏联军队炮兵师的编制有些混乱，实际兵力常低于标准，配备的火炮不光有大口径火炮，还有如107毫米加农炮等中口径火炮。此后受战争影响，苏军炮兵师的编制和装备虽然制定了标准，但没办法一致。
直到1943年8月库尔斯克战役后，苏军掌握了战场主动权，军工生产趋于稳定，能根据当时炮兵部队需求生产火炮，并且大口径火炮的数量逐渐增加，而炮兵师的编制也逐步统一了标准。到苏德战争末期的1944年，苏军炮兵师通常编制5个炮兵旅，每个炮兵旅由运输营、火炮测地连、以及多个炮兵营组成。
苏军M-1930型122毫米榴弹炮旅下辖4个炮兵营，每个营编制4个炮兵连，每个连配备4门122毫米榴弹炮，一个122毫米榴弹炮旅有64门榴弹炮。
装备152毫米榴弹炮的炮兵旅，配备M-1937型和D-1型152毫米榴弹炮，这种旅下辖4个炮兵营，每个营下辖4个炮兵连，每个连配备4门152毫米榴弹炮，一个152毫米榴弹炮旅与122毫米榴弹炮旅一样，也是64门榴弹炮。
苏军的B-4型203毫米重榴弹炮因为结构复杂，制造难度大、需要很多人操作，所以每个旅配备的数量少。苏德战争末期每个203毫米重榴弹炮旅下辖4个炮兵营，每个营下辖3个炮兵连，每个连配备3门炮，一个203毫米重榴弹炮旅有36门榴弹炮。
装备M-43型160毫米重迫击炮的炮兵旅，其编制与配备122毫米、152毫米的炮兵旅一样，也下辖4个炮兵营，每个营下辖4个炮兵连，每个连配备4门迫击炮，全旅共有64门160毫米重迫击炮。
苏军炮兵师下辖的火箭炮旅编制与其他旅不一样，这种旅配备M-31-12型300毫米火箭炮，他们的编制比较松散，往往根据战场态势改变数量。
苏德战争末期的苏军炮兵师，编制人数大约在1.2万人左右，装备228门各式火炮和数量不等的火箭炮，作战时，上级单位还会根据战场情况，抽调运输部队进行支援。
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