Giai đoạn đầu những năm 1930, chứng kiến sự bùng nổ của công nghiệp cùng các tiến bộ về khoa học, nhất là hàng không và cơ giới, các nhà lý luận quân sự Liên Xô nhận định: Các cuộc chiến quy ước diễn ra trong tương lai sẽ mang hình thái vận động chiến. Xe tăng, pháo binh và không quân đã đạt đủ tốc độ, tầm tác chiến để tấn công trên toàn chiều sâu mặt trận, bao gồm cả các tuyến đường tiếp viện để ngăn cản đối phương củng cố lại các vị trí bị tấn công.

Người tiên phong cho quan điểm trên là Nguyên soái Mikhail Nikolayevich Tukhachevsky, khi đó là Giám đốc Học viện quân sự Bộ Tổng Tham mưu. Năm 1926, tư tưởng của M.N.Tukhachevsky được phát triển chi tiết bởi Alexander Andreyevich Svechin và Vladimir Kiriakovitch Triandafillov.

Đến năm 1936, tác chiến chiều sâu đã có cơ sở lý luận vững chắc, trở thành Điều lệ chiến đấu của Hồng quân. Nhưng do các biến cố trong nội bộ Liên Xô đầu chiến tranh thế giới thứ hai, học thuyết này không được sử dụng cho đến khi xe tăng Đức tiến tới gần thủ đô Moscow. Trải qua thêm một số thất bại do không phán đoán đúng tình hình và phối hợp nhuần nhuyễn trên chiến trường, các tướng lĩnh Liên Xô thu được nhiều bài học kinh nghiệm quý giá, làm nên những chiến thắng quan trọng trong chiến tranh.

Tác chiến chiều sâu đặc biệt đề cao vai trò của xe tăng và bộ binh cơ giới, yếu tố mới trên chiến trường đầu những năm 30. Những mũi tấn công này có nhiệm vụ “đục thủng” phòng tuyến đối phương, tiến thật sâu vào hậu phương địch, sau đó mở rộng khe hở vừa tạo ra. Sau đó, từng phân đoạn trên phòng tuyến địch bị bao vây, chia cắt.

Không những thế, học thuyết đánh dấu lần đầu tiên một quân đội đưa binh chủng lính dù và lực lượng du kích địa phương lên ngang hàng với các đơn vị chủ lực, trở thành phần không thể tách rời trong thế trận hiệp đồng tấn công tổng lực. 

Trong tác chiến chiều sâu, việc nghi binh thành công có thể khiến đối phương đánh giá sai lầm về điểm tập trung quân, hướng hành quân và binh lực, một sơ hở nghiêm trọng khi đòn tấn công thọc sâu diễn ra. Tại thành phố Stalingrad, Thống chế Fiedrich Paulus, chỉ huy tập đoàn quân số 6 của Đức đã hoàn toàn bị bất ngờ khi Hồng quân cơ động trên thảo nguyên trống trải với một triệu binh sĩ, 1.000 xe tăng và 1.400 máy bay các loại bao vây thành phố. Trước đó hai tháng, đòn tấn công nghi binh vào phía Bắc Stalingrad đã khiến Fiedrich Paulus và cả Hitler tin rằng Hồng quân có hậu cần kém sẽ tấn công trực diện thay vì vượt qua phòng tuyến ở sông Đông, khiến quân Đức lơ là việc chuẩn bị lực lượng xe tăng dự bị. Tập đoàn quân số 6, một trong những đơn vị thiện chiến nhất của phát xít Đức khi đó bị xóa sổ.

Học thuyết quân sự mới dần hoàn thiện thông qua quá trình chiến đấu. Trước chiến tranh, tác chiến chiều sâu chủ yếu chú trọng vận động tấn công thì đến năm 1943, bố trí phòng thủ theo chiều sâu đã được áp dụng thành công trong chiến dịch bước ngoặt tại Kursk.

Hồng quân đã bố trí thế trận phòng ngự nhiều lớp, tổ chức các trận địa pháo chống tăng bảo đảm có thể khai hỏa từ nhiều phía với hàng chục khẩu trên mỗi ki-lô-mét chiến trường. Xe tăng Liên Xô tập trung với mật độ lớn, ngụy trang kỹ, khiến quân Đức tiến sâu vào các trận địa bị bất ngờ khi đối mặt với hỏa lực tầm gần và bị các “gọng kìm” xe tăng kẹp chặt.

Chiến thắng tại Kursk cho thấy, học thuyết tác chiến chiều sâu đã hoàn thiện, trở thành nghệ thuật tác chiến quy ước cấp chiến dịch hiệu quả trong cả tấn công lẫn phòng ngự. 

Đến ngày 22-6-1944, nghệ thuật ngụy trang, nghi binh và sử dụng lực lượng đặc biệt được vận dụng tối đa trong chiến dịch Bargation. Các cuộc tấn công của Hồng quân diễn ra trên mặt trận trải dài hơn 1.000km, với mục tiêu thật sự là đánh bại Cụm tập đoàn quân Trung tâm, giải phóng Belarus và chia cắt phòng tuyến Đức làm hai. 

Do phía Liên Xô vận dụng thành công nghệ thuật ngụy trang, bộ chỉ huy tối cao của quân phát xít đã đánh giá sai lầm về binh lực thực sự của Hồng quân ở trung tâm phòng tuyến, cho rằng Belarus là mục tiêu thứ yếu nên hầu hết các quân đoàn xe tăng của Đức được dồn xuống trấn giữ Ukraine. Khi chiến dịch bắt đầu, các đơn vị này đã không kịp phản ứng do bị tấn công trên toàn tuyến và bị kìm chân bởi không quân và lực lượng lính dù phối hợp với du kích địa phương. 

Sau khi phòng tuyến bị phá vỡ, Liên Xô đã giải phóng thành công thành phố Minsk, tiến đến sát biên giới Ba Lan ngày nay và uy hiếp Berlin, tiến dọc theo chiều sâu chiến lược của hàng rào phòng ngự phát xít Đức. Chiến dịch Bagration là thắng lợi quan trọng của Liên Xô xét về thiệt hại gây ra cho quân phát xít, đồng thời là ví dụ tiêu biểu về việc áp dụng học thuyết tác chiến chiều sâu.

- So sánh với Blitzkrieg của Đức Quốc xã:

Blitzkrieg là một học thuyết quân sự phục vụ cho chiến lược chiến tranh chớp nhoáng của nước Đức Quốc xã, mà không chuẩn bị cho một cuộc chiến tranh tổng lực, không dự trù khả năng bù đắp tiêu hao ở quy mô đủ lớn, không động viên toàn bộ nền kinh tế vào cuộc chiến tranh. Do đó, khi chiến dịch chớp nhoáng của họ không hoàn thành mục tiêu như dự tính thì trang bị và quy mô quân đội đều giảm sút so với đối phương.

Trên khía cạnh lý luận, thì điều dễ thấy nhất là học thuyết của người Đức thiếu hẳn khái niệm nghệ thuật chiến dịch. Thay vào đó, họ tập trung vào khía cạnh chiến thuật của cuộc chiến, rút tỉa và tổng hợp lại phục vụ cho chiến lược chiến tranh chớp nhoáng của mình. Do đó, Blitzkrieg không có một tầm nhìn logic, chặt chẽ về tổ chức và điều hành chiến dịch.

Về mặt thời gian, thì Tác chiến chiều sâu có lịch sử hình thành cơ bản trong thập niên 1920, mặc dù lúc đó nền công nghiệp của Liên Xô còn ở tình trạng lạc hậu và các tác giả của học thuyết đang còn cân nhắc khả năng sử dụng kỵ binh, bộ binh, pháo binh để thực hiện vận động chiến dịch. Cuối thập kỷ 1920, với tín hiệu tích cực của kế hoạch hiện đại hoá, thì bản Điều lệ 1929 đã đưa ra phác thảo tác chiến chiều sâu được tiến hành bằng lực lượng hợp thành gồm bộ binh, xe tăng trợ chiến, xe tăng tầm xa, pháo và máy bay.

- So sánh với lý luận của Phương Tây:

Sau Chiến tranh thế giới thứ nhất, các nhà lý luận quân sự Phương Tây lẫn Xô Viết đều có chung mục đích là làm thế nào để đưa vận động chiến quay lại chiến trường. Nhưng đấy là điểm chung duy nhất, vì cách nhìn của các nhà lý luận Phương Tây, điển hình là J.F.C. Fuller và B.H. Liddell Hart, xuất phát từ khía cạnh kỹ thuật thuần tuý. Họ cho rằng vũ khí mới sẽ làm thay đổi chiến thuật, mà không đặt nó trong bối cảnh thay đổi lớn hơn của kinh tế - xã hội, để thấy chiến thuật mới là chưa đủ cho một chiến tranh có bản chất mới. 

Theo họ, do mức độ phức tạp của vũ khí lẫn chiến thuật đều tăng cao, nên lực lượng xe tăng - cơ giới hoá chỉ nên bao gồm quân nhân chuyên nghiệp, được tổ chức như một lực lượng tinh nhuệ với đầu vào chọn lọc. Theo cách nhìn này, lực lượng xe tăng - cơ giới hoá bị giới hạn ở một quy mô tương đối nhỏ với khả năng thay thế - bổ sung hạn chế. Trong khi đó, "Tác chiền chiều sâu" được sinh ra từ nhận thức về bản chất mới của chiến tranh, nên lực lượng xe tăng - cơ giới hoá được thiết kế ở quy mô lớn sử dụng nguồn lực giai cấp công - nông, giải quyết yêu cầu về huấn luyện bằng cách đặt tiêu chuẩn dễ sử dụng trong thiết kế vũ khí lên hàng đầu cộng với quy chuẩn hoá chiến thuật tác chiến.

Một điểm nữa, trong khi Fuller ủng hộ thành lập một quân chủng xe tăng để tác chiến độc lập, và Liddell Hart đưa ra đề xuất cơ giới hoá bộ binh, thì "Tác chiến chiều sâu" có quan điểm khác. Với nhận định rằng xe tăng không thể sống sót nếu không có pháo binh và bộ binh giúp chế áp hoả lực chống tăng, cũng như bộ binh cơ giới hoá không đủ hoả lực để tấn công các mục tiêu cứng, nên "Tác chiến chiều sâu" hoặc coi lực lượng xe tăng là một thành phần cơ hữu của một đơn vị hợp thành vũ khí ở cấp lớn hơn, hoặc đặt lực lượng ấy vào trong quan hệ tác chiến hợp đồng với các quân binh chủng khác.