1939年9月，周恩来到莫斯科治疗因骑马摔伤的右臂时，特地看望了中国学员。周恩来听了刘亚楼的汇报，又检查了他的学习情况，夸赞之余，鼓励他继续狠下功夫，把语言和战术理论学到手，以便今后发挥作用。翌年春，刘亚楼和杨至成等人被接到莫斯科市内的共产国际总部开会。共产国际总书记季米特洛夫向他们了解了中国工农红军发展壮大的历程，并询问了李德在中国的有关情况。在共产国际监察委员会召开的专题讨论李德在华错误问题的这次会上，刘亚楼受邀随同周恩来、任弼时（中共驻共产国际代表）与会，对李德当年给红军带来巨大灾难的瞎指挥予以猛烈批评。
在苏学习期间，刘亚楼和不少中国学员还走出课堂，参加一系列实践活动，特别参观了苏军的各类军事院校和大型工厂，增长了见识。刘亚楼和苏丽娃结婚后，有了一个更直接的俄语老师，这帮他打下了厚实的俄语基础。他已然成为中国留学生中的“学霸”。
苏德战争爆发后，刘亚楼因为俄语好，参加苏联红军当了参谋。而同时留学的一些中国同志，多数自谋生路，或帮人养兔子，或去农场干苦力，或到剧院当卖票人，或到医院做医护。在战争中，刘亚楼流利的俄语和出色的军事才华，受到苏军高层的刮目相看。1943年夏，刘亚楼来到哈巴罗夫斯克（伯力），在军区机关见习，不久受命指导驻在哈巴罗夫斯克郊区的远东军区独立第八十八旅的工作。1945年8月，苏联对日宣战后，刘亚楼跟随苏军进入中国东北，回到阔别七年的祖国，开始了他人生的辉煌一页。