Второй стратегический эшелон в результате германской превентивной акции пришлось использовать не по прямому назначению, а для организации обороны.
Большинство армий выдвигались налегке, представляя собой фундаментальную базу для прибытия и тайного развертывания обеспечения вооружением и боеприпасами к 5 июля 1941 года. Основными объединениями эшелона были 16-я армия, в составе которой было более 1000 танков и Отдельная 57-я танковая дивизия под командованием полковника В. А. Мишулина, которая находилась в оперативном подчинении командарма-16 генерала М. Ф. Лукина. В этой дивизии было 200 танков, а при полном укомплектовании армия должна была иметь 1340 танков. Еще более мощной была 19-я армия генерала Конева, также передислоцированная с Северного Кавказа. Она состояла из четырех корпусов, включая 1 механизированный – 26-й. Вскоре в распоряжение генерала Конева поступил и 25-й механизированный корпус. А 34-й корпус, входивший в состав 19-й армии, возглавил личный порученец маршала Ворошилова генерал-лейтенант Р. П. Хмельницкий, который имел в своем составе 4 стрелковые и 1 горнострелковую дивизию; а также шесть отдельных тяжелых артиллерийских полков.
Если в Первом эшелоне самая сильная армия 9-я Особая, то во Втором – 19-я. Обе армии направлены против Румынии, т. е. румынских нефтепромыслов. По этому поводу разведчик, историк и писатель Виктор Суворов подметил: «Платные друзья Советского Союза пустили в ход легенду о том, что Второй стратегический эшелон предназначался для «контрударов». Если так, то самый мощный «контрудар» готовился по румынским нефтяным полям».
Действия группировки советских войск поддерживали корабли и авиация Черноморского флота в составе 1 линкора, 6 крейсеров, 3 лидеров, 15 эсминцев, десятков подводных лодок, торпедных и артиллерийских катеров и корабли Дунайской военной флотилии. Самостоятельным соединением южной группы войск являлся уникальный 9-й Особый стрелковый корпус под командованием генерал-лейтенанта П. И. Батова, – бывший самым сильным по вооружению, по количеству и профессиональной подготовке личного состава высшим соединением Красной армии. Дивизии этого корпуса прошли тщательную подготовку как горные соединения на Кавказе.
Всего в составе этой нацеленной на румынские нефтепромыслы группировки было свыше 5000 танков и более 3500 боевых самолетов.