二战时，在残酷的苏德战场上，苏军的对空作战单位中，特别是成建制的高射炮兵师，才逐渐缓慢地诞生起来。
战争刚爆发时，苏军地面部队始终缺乏防空力量，来有效对抗德军来自空中的打击，例如，西南方面军在7月末时，只拥有 232 门76.2mm和176门37mm高射炮，而这些数量只相当于方面军要求配备数量的70%与40%。
由于空军蒙受了巨大损失 ，前线地面部队不得不依靠自身装备的高射炮与步兵武器来抵抗德军空袭，此外，参战部队中的不少高射炮又被充实到反坦克炮兵部队，临时改为反坦克炮使用，造成了前线作战单位无法形成完整的防空体系。

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当时，每个步兵师编制有1个高射炮营 ，在每个步兵团编有一个高射机枪连。 师属高炮营装备8门M1939年式61-K型37mm和4 门M1931/M1938年式76.2mm高射炮，9挺DShK型12.7mm大口径高射机枪和24挺4联马克沁7.92mm高射机枪。
此时，苏军1个编制3个步兵师的步兵军，共装备有48门37mm、76mm和85mm高射炮;此外，另外配备有 27挺DShK型12.7mm高射机枪，以及72 挺4联马克沁7.92mm高射机枪。
当时，苏军1个步兵军的作战纵深，足深有20-25公里;因此，这样每公里正面防空火力一共只有2门37mm或76.2mm或85mm高炮、1挺DShK型12.7mm大口径高射机枪，以及3挺4联马克沁7.92mm高射机枪，这样的对空射击火力，非常显然是不够的。

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1942年秋季，随着高炮产量迅速增加，率先成立了最高统帅部领衔的预备高射炮兵师。
最初，高炮师由4个装备小口径高炮的高炮团组成，此时，全师装备有 64门M1939式37mm单管高射炮，此外，全师另外配有和64挺DShK-38型12.7mm高射机枪。
1943年2月下旬，在高炮师的编成中，又增加了1个独立高炮营，同时有1个高炮团改为M1931/M1938年式76.2mm、KC-12型85mm中口径单管高射炮;此时，高炮师能够有效对付3000米以上战斗机、轰炸机的空袭。
1943年3月，明确指示了高射炮兵师的任务，为集团军提供宽度9公里、纵深7公里总共63平方公里的有效空中掩护，平均每平方公里有1.5门高炮或者每公里宽度有9门高炮。

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1943年4月，苏军将原先步兵师属独立高炮营人员与装备充实到最高统帅部预备高炮师。 同时原先集团军属高炮团与最高统帅部所属独立高炮营进行了编制上互换，为日后高射炮兵师正式组建打下了坚实的基础。
1943年5月，苏军才将几乎整个高炮部队，整编成隶属于最高统帅部的高射炮师，才是苏军拥有编制的高射炮兵师，高射炮兵师据此正式诞生，由集团军所属高炮团和最高统帅部独立高炮营所组成。
新诞生的高射炮师，将用于负责集团军的地面防空，独立高炮营装备75mm、85mm中口径高炮，用来掩护后勤服务设施的安全。
集团军属高炮团用来掩护集团军部队与后方安全，这样的明确分工，实现了将防空火力集中于决定性方向。