当围城东北军继续以缓慢而顽强的势头不断吞噬着新西伯利亚城市的时候，以苏联方面军总司令员乌博列维奇上将、副总司令员朱可夫中将、总政委科涅夫中将三人为核心的苏军新指挥机构开始了争分夺秒的整顿工作。不到一天的时间内，朱可夫便砍瓜切菜般地用铁腕手段解除了方面军作战科科长柯尔科丁上校、第17集团军总参谋长伊凡诺夫少将、第66集团军副司令员谢尔巴科夫少将、军事委员会成员朱赫诺夫政委等一大批他认为不合格的高级军官，并提拔了一群富有精力和思维活跃的年轻军官，大力整顿了苏军指挥系统。
总政委科涅夫中将在视察部队时，发现各部的军纪此时都极度地恶化，悲观绝望的失败主义情绪像瘟疫般地蔓延着、传染着，有的师长团长还没有接到命令就擅自退出了战斗，军官们常常喝得酩酊大醉，士兵们一听到枪声就逃跑。为了严明军纪、鼓舞士气，科涅夫采取了一系列严厉的手段，他下令：凡是有失职者都要处决！并宣布逮捕和枪决了一批有叛国行为或擅自撤退的军官、政委、士兵，杀一儆百、以儆效尤。
几十万新西伯利亚城以及周边地区的苏联青壮年和妇女都被动员了起来，共组成了十多个师的预备役民兵部队补入了损失惨重的苏军前线部队，民工们不分昼夜地挖掘着反坦克堑壕和战壕、地道、碉堡，修筑防御工事；兵工厂和民用工厂内的苏联工人则加班加点地生产着枪械弹药，以及对付东北军坦克的燃烧瓶和反坦克地雷。
一道道深达四五米的反坦克堑壕在城内不断扩展延伸着，阻挡着东北军装甲突击分队的前进；同时，大量的苏军狙击手开始在城内和夜里活跃起来，不断地用冷枪冷炮袭击着东北军，使得东北军防不胜防。
新西伯利亚苏军反抗能力的变强以及其抵御战术变得越来越完善，都使得东北军感到压力陡增。7月5日，冯占海中将的第七集团军部队再次陆续地从西疆自治区向新西伯利亚前线运送了1200多火车皮的军械弹药，包括300辆坦克、5000万发子弹、80万枚手榴弹、150万发炮弹和迫击炮弹，以及7.5万名从其他集团军群抽调而来的有经验的老兵。军力得到补充后的东北军预备再次向还在苏军手中的城北地区发动猛烈进攻，同时按照龙中将和熊少将的意见，东北军空军总司令部特地从对日战略轰炸的前线上调遣了一支战略轰炸机联队，投入对新西伯利亚苏军后方防区以及鄂木斯克、叶卡捷琳堡等苏联后方物资生产基地城市的猛烈轰炸的作战中，最大载弹量达到八点八吨的“空中弹药库”——东北军“飞豹”战略远程重型轰炸机在对苏轰炸中尽皆使用高效云爆弹和由云爆弹改进而来的杀伤力极大的温压弹，以及大量的白磷燃烧弹，全力将以上目标地区全部摧毁成火海和废墟，同时东北后方的军工基地还迅速地研制着一种重达2000公斤的“巨锤”超级常规炸弹，以供前线部队摧毁苏军的巷战防御工事。不可否认，苏联确实有着极其强大的战争潜力和辽阔的大纵深防御，而中国东北和东北军也有着同样庞大的战争潜力和雄厚的工业基础。
一直表现优异的东北军空军精英们不但击落了超过300架的苏军飞机，而且还为东北军地面部队提供了强大的空中掩护，苏联人在城内构筑的防御工事、反坦克堑壕、碉堡火力据点以及鄂毕河上的码头设施、浮桥基本上都是夜里才建好，白天便被东北军的轰炸机炸得天翻地覆、七零八落。进攻鄂毕河河西苏军工业区的第33军军长寿超少将和第290机械化步兵师师长余国伟上校这样描述道：
“…我们空军轰炸机的表现确实非常出色，他们扔下了的炸弹多得几乎可以将整个鄂毕河都炸到天上去，苏联人的防空火力弱得可怜，城北码头和苏联人的工业区被一遍又一遍地炸成了一堆堆熊熊燃烧的火堆，码头、渡口、仓库、驳船、轮船、船坞都在燃烧，有的附近的街道和路面都在燃烧，那是铺在路上的沥青被烈火点燃了。夜晚时码头上的苏联人最多，因为夜幕遮挡了我们飞行员的视线，但少数装备着德式‘吸血鬼’夜视仪的夜战飞机还是能陆续呼啸而来，准确地扔下了一捆捆的炸弹，浮满死尸和死鱼的河面上的苏联船只一艘接一艘地连人带船在火光和爆炸声中沉入河底。好不夸张地说，新西伯利亚城北鄂毕河的河段里，一半是被染成红色的水，还有一半则是死尸和船只的残骸。苏联人痛绝彻骨的惨叫声在火光和浓烟中飘忽不断地传来，犹如鬼哭狼嚎般。”
仅仅进入7月份后的一周时间内，在新西伯利亚的渡口码头，苏军就损失了五百多艘船只，包括排水量达到2000多吨的“约瑟夫斯大林”号大型轮船。由于体型庞大，它被东北军的航空兵当成了内河炮舰，因此一架“金雕”俯冲轰炸机用“鹰击”制导滑翔炸弹将它精确地炸得粉碎，严重超载的“斯大林”号上当时共有6600多名平民和苏军伤兵，基本上都一起随船沉入了鄂毕河。
此时，处于沈阳内的张学良对东北军在新西伯利亚地区迟滞不前的攻势已经越来越显得焦躁而不安，他连连发送了数封电报给西路集团军群总司令苏炳文上将，敦促他“在苏联恢复元气之前尽快地拿下这座城市”。
7月9日，准备充分的东北军准备开始发动起排山倒海般的进攻。新西伯利亚的苏军城防委员会和方面军总司令部则向全城的苏联军民发起了进行战争动员的紧急公告：
“光荣的红军战士们！亲爱的苏联市民们！
万恶不赦的中国东北军头子张学良派来了越来越多的亡命之徒，这个穷凶极恶、卑鄙无耻的恶棍妄图指使着他的爪牙和走狗们攫取新西伯利亚这座伟大的城市！这些罪恶滔天的强盗正在疯狂地进攻着我们伟大的祖国，他们嗜血成性、无恶不作，不但霸占了我们的土地，洗劫掠夺了我们的城镇和乡村，还大肆屠杀我们的人民，奸淫我们的姐妹！英勇无畏的红军战士已经给了他们巨大的重创，他们每前进一步的道路上都堆满了他们士兵的尸体。我们绝不能将我们的家园落到这伙恶魔手里，同志们，我们要牢牢地团结在斯大林同志的身边，将新西伯利亚变成一座巨大的堡垒，变成中国东北军的坟场！同志们，拿起武器，修建堡垒，痛击敌寇！
同志们，我们每失掉一寸国土，就等于削弱我们的祖国，并加强了敌人！我们已经不再具有粮食储备和人力后备的优势了，因此必须要清除掉我国地大物博论和人口众多论，以及粮食总有剩余论，因为这些论调是虚伪的，是有害的！此时此刻，撤退就等于失败，就等于亡国！从现在起，惊慌失措者和胆小怕死者一律就地枪决！没有上级首长的命令，任何红军指战员、红军战士、政治委员都不许撤退！这是铁的纪律！我们要与新西伯利亚共存亡！”
这份公告毫不隐晦地指出了苏联这个国家此时面临的致命危机，轴心国联军的首尾夹击使得苏联基本丧失了最为重要的大战略纵深防御，唤醒了苏军上下的危机意识，大大地增强了苏军的士气。
作为回应，进攻一方的东北军西路集团军群总司令部立刻也向全体东北军官兵发表了进行战争动员的公告：
“英勇无畏的中国东北军弟兄们们！
我们正在进行着的这场伟大的战争关系到我们祖国的复兴以及整个中华民族的崛起！苏联，这个邪恶无耻且贪得无厌的国家，在三百年前开始，就一直持续不断地侵吞着我们的神圣国土！他们吞噬了我们国家北方超过四百万平方公里的土地！他们不但霸占了我们的库页岛、海参崴、海兰泡，还阴谋吞并掉我们的唐努乌梁海地区！他们还妄图分裂我们的外蒙古！他们杀害了我们上百万的同胞！他们掠夺了我们无数的财富！他们欠下了我们无数笔的血海深仇！苏联是我们中国不共戴天的死敌世仇！全体东北军的弟兄们，血债血还的时刻就在今天！我们要用以牙还牙、以血还血的方式将苏联政府曾经施加在我们身上的暴行十倍、百倍地还回去！弟兄们，我们要牢牢团结在张学良总司令的身边，彻底地摧毁这个丑陋的、卑鄙的、自私的国家！”
与此同时，东北军西路集团军群的宣传处还大力向城内苏联军民宣传着斯大林和苏共布尔什维克党的残暴罪行和累累劣迹，一辆辆宣传装甲车大喇叭的俄语广播和空军轰炸机空投下的宣传单雨点般地在城内飞舞回荡着：
“苏联士兵们、苏联百姓们，你们是无辜的，到我们这边吧！不要再为邪恶的斯大林和他的布尔什维克阵营殉葬了。他们只会派你们充当炮灰和苦力，他们只会让你们白白送死，在这个城市里，你们每十秒钟就要死一个人。中国和中国东北军不是你们的敌人，我们共同的敌人是苏联共产党建立的独裁统治政府。斯大林厚颜无耻地宣称苏联是无产阶级专政的共产主义国家，可你们真的是这个国家的主人吗？你们的领导人真的是你们选举出来的吗？假的！都是假的！苏联军民们，请你们擦亮眼睛，看清楚现实，你们正生活在一个黑暗无比的国家里，这个国家一切都是斯大林和他的布尔什维克党说了算！一切的一切也都仅仅是为了他们苏联共产党的自身利益罢了！他们只是换了个名称的俄罗斯沙皇而已！那些苏联共产党员也不过是换了头衔的官僚分子和资本家！和平时期，他们是骑在你们头上作威作福的的吸血鬼和蛀虫；战争时期，他们又驱赶着你们走上战场充当炮灰！是谁让你们饥肠辘辘并流离失所？是谁流放了你们的亲人？是谁掠夺了你们的土地？是谁让你们全国饿死了成百上千万人？是谁在你们全国掀起了一场又一场的大清洗腥风血雨？是谁驱使你们的士兵入侵其他的国家？是谁编造了一个又一个的谎言蒙蔽你们的双眼？都是虚伪的布尔什维克党！苏联军民们，打死你们身边的政委！打死这些布尔什维克党的狗腿子，加入我们吧！到我们这边来吧！我们理解你们的苦难，我们会分给你们土地，我们会给你们真正的家园，我们从不屠杀和抢掠平民，我们也从不奸淫和欺凌妇女，不要被你们身边布尔什维克的谎话所欺骗了！在远东地区、在贝加尔地区、在东西伯利亚地区，已经有将近一千万的苏联平民翻身得到了真正的解放。苏联军民们，请相信我们，光明和正义都在我们这边…”
为了加强宣传效果，东北军还特地从被东北军占领的地区内组织了成百上千名“对布尔什维克和苏联苦大仇深”但在东北内政部和社会建设部帮助下已经获得土地的苏联平民来到新西伯利亚前线，以身试教地充当其宣传大使，宣称东北军的政策，进一步瓦解着城内苏联军民的士气和斗志。而这个效果是明显的，成千上万的苏联士兵和平民不断地偷跑到了东北军的阵地上，但苏军方面军总司令部和城防委员会立刻以“叛国罪”为罪名严厉地惩处逃跑的军民。7月10日上午，在双方针锋相对的宣传战中，东北军再次发动了全面性的进攻。