苏联在1939—1940年期间对波罗的海沿岸国家的占领扩张导致了苏军不得不再次增加对铁道炮的需求，而巧合的是波罗的海国家中也装备着一定数量的铁道炮，苏军在占领后便直接对被占领国的铁道炮进行收编，比较典型的例如爱沙尼亚装甲火车团麾下的重型远程炮兵连，该连装备3辆安装各型火炮的俄国老式平板火车，其中包括2门卡内特6英寸火炮和一些俄制1913型130毫米L/55型舰炮以及一些4英寸口径舰炮，苏联海军全盘接受了这些爱沙尼亚铁道炮并编成了“新第一铁道炮兵连”。无独有偶，被苏军接收的还有拉脱维亚海岸炮兵连，该连装备有5门使用卡内特炮架的6英寸火炮；1937至1938年间，拉脱维亚人把这5门6英寸火炮装上了老式的俄国火车底盘，并编成2个连，配属拉脱维亚装甲火车团指挥。苏联侵占拉脱维亚后将这2个连编成“第二海军铁道炮兵连”。
截至1941年德军发动“巴巴罗萨”行动时，苏联海军共编有4个铁道炮兵团，下辖14个铁道炮兵连，这些铁道炮兵连总共装备了45门各式铁道炮，其中包括6门356毫米铁道炮、9门305毫米铁道炮、20门180毫米铁道炮以及收编的波罗的海国家铁道炮，并且这些铁道炮兵的部署主要是集中在接近列宁格勒的波罗的海地区以及海参崴附近的远东地区。而德军在1941年6月发起的一系列攻势也导致了这些苏军铁道炮兵蒙受了一些损失，其中首当其冲的便是收编挪用的爱沙尼亚铁道炮和拉脱维亚铁道炮，但是主要的4个铁道炮兵团均保持了相对良好的状态和比较完整的编制，并及时撤往了斯大林格勒，在撤退后也取得了一定的战果，比如第11铁道炮兵连在1941年9月，发射了568发炮弹，共取得了摧毁35辆德军坦克的战果，为掩护友军撤退立下了汗马功劳。此外还有1941年底德军包围列宁格勒时，海军的军舰、岸炮、铁道炮对逼近涅瓦河畔的德军进行猛烈炮击，给德军造成了相当大损失的经典战例。
另一方面，由于波罗的海国家的沦陷，苏联红海军波罗的海舰队失去了行动所需的前进基地，只得后撤并堵塞在列宁格勒，再加上斯大林下令在没有他亲自命令的情况下，所有海军大型舰艇(驱逐舰及以上的舰艇)禁止出港，以避免单独行动的军舰被德军轰炸机围攻。于是整个波罗的海舰队被困在港内动弹不得，而动弹不得的军舰背后必然也是有着一群动弹不得的水兵，由于海军不想浪费这些宝贵的人力资源，于是决定将受过训练的战舰炮手们召集起来，编成海军铁道炮兵。此外由于列宁格勒一直是海军舰炮的制造地，而俄国人手中的工厂依旧保持着生存能力，所以就地取材，用60吨载重的机车底盘临时改造铁道炮变得易如反掌。列宁格勒工厂制造出产的这些临时改造铁道炮中最常见的做法就是把炮座安装在平板车中央，在平板车两端安装弹药架(也有直接将弹药堆放在平板车两端的)，如果有必要的话再加装驻锄；除了列宁格勒工厂，布尔什维克工厂和红色十月工厂也进行了相当部分的铁道炮改造。第一门新下线的铁道炮于1941年8月抵达前线。
到1941年底，斯大林格勒工厂大概改造了约70门铁道炮，其中包括4门152毫米L/57 B-38型火炮、36门130毫米L/50 B-13型火炮、4门120毫米L/50火炮和2门100毫米B-24型火炮。这些共计70门铁道炮编成了29个独立铁道炮兵连，后来又组成了7个铁道炮兵营，其中4个分配给苏联红军，剩下3个依旧保留在红海军中接受波罗的海舰队的指挥。但是由于陆军中缺乏与海军火炮适配的弹药，4个分配给红军的铁道炮兵营实在难以发挥作用，那些铁道炮在使用过程中也问题层出不穷，因而在1942年2月，4个划分给陆军的炮兵营被归还红海军，海军在归拢了7个铁道炮兵营后拆分了营的编制并把原来的29个铁道炮兵连精简为28个，这28个铁道炮兵连则被编成了第101海军铁道炮兵旅，该旅成立时麾下的28个铁道炮兵连共有64门铁道炮，各级指挥官均是由海军抽调组成。第101海军铁道炮兵旅在列宁格勒保卫战中作为救火队一样的角色，在各条战线奔波按需求配属陆军部队，为其提供火力支援，立下了不可磨灭的功绩；此外，为了增强铁道炮部队的作战效率，苏联空军还为铁道炮部队配属了专门的空中支援协助校正炮弹落点，这些单位包括一个装备侦察机的特殊航空中队以及装备观测气球的第3飞艇营。1944年1月，立下赫赫战功的101海军铁道炮兵旅被授予克拉斯诺谢利斯卡亚保卫者称号，同时部队番号改为“第一海军铁道炮兵旅”。
当列宁格勒于1944年解围之后，第一海军铁道炮兵旅的各个铁道炮兵连再一次被打散编成独立部队，有的被调回海岸炮兵回归海岸防御的本色行当，有的则被派往列宁格勒周边不同的前线执行支援任务，同时也有小部分的炮组被调去芬兰并推进至波罗的海沿岸。在1944年6月进攻芬兰的战役中，第一海军铁道炮兵旅最后一次进行了较大规模的集结，共计15个铁道炮兵连参加了本次火力支援任务。
此时的铁道炮部队已经在一次又一次的实战中证明了自己无论是进攻还是防御作战都能够发挥重要作用，但是苏军认为现在已经不再需要大规模集群的铁道炮作为支援火力，因此在芬兰战事结束后，第一海军铁道炮兵旅将编制内的炮兵营拆散成更小的编队以分散部署在各部队中担任火力支援的角色。1945年1月沿波罗的海沿岸向库尔兰挺进时，一部分小规模的编队结成了“利巴瓦”炮兵群，共编有10门180毫米铁道炮、12门152毫米铁道炮和9门130毫米铁道炮，该炮群被编入51军执行火力支援任务。另一个装备有17门130毫米铁道炮的“图库姆斯卡娅”炮兵群则被编入22军负责提供火力支援。
另一方面，在向德国本土挺进的战线上也能见到这些异常活跃的海军铁道炮的身影，1945年1月，第一海军铁道炮兵旅第7铁道炮兵连参加了夺取梅梅尔的战斗，而该旅的第8铁道炮兵连则参加了1945年4月夺取柯尼斯堡的战斗。同时由于欧洲战事的步步深入，一些原本部署在远东太平洋地区的铁道炮也于1945年初被抽调派往欧洲前线加强给第一海军铁道炮兵旅。截至大战结束时，第一海军铁道炮兵旅共编有85门大口径铁道炮，其中包括3门356毫米铁道炮、3门305毫米铁道炮，以及20门180毫米铁道炮、20门152毫米铁道炮和39门130毫米铁道炮。这些苏军铁道炮在残酷的苏德战场上奔波于各条战线，为陆军的进攻提供了一次又一次的火力支援，而这些战功彪炳的列车炮部队也用自己的鲜血和荣誉，在苏联卫国战争的史诗中书写了属于自己的篇章。
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