ตูฮาเชฟสกีมักได้รับความชอบจาก ทฤษฎีปฏิบัติการทางลึก (deep operation) ซึ่งรูปขบวนผสมเหล่าโจมตีลึกหลังแนวรบข้าศึกเพื่อทำลายแนวหลังและลอจิสติกส์ของข้าศึก[22] แต่บทบาทแน่ชัดของเขาไม่ชัดเจน และมีข้อพิพาทเพราะขาดแหล่งที่มาปฐมภูมิ และงานจัดพิมพ์ของเขามีปริมาณทฤษฎีต่อเรื่องจำกัด อาจารย์บางคนในวิทยาลัยการทหารคัดค้านทฤษฎีนี้ กองทัพแดงมักนำทฤษฎีมาในใช้ในกลางคริสต์ทศวรรษ 1930 ซึ่งแสดงเป็นมโนทัศน์ในระเบียบสนามของกองทัพแดง ค.ศ. 1929 และพัฒนามากขึ้นในคำสั่งการยุทธ์ทางลึก ค.ศ. 1935 สุดท้ายมีการประมวลมโนทัศน์ดังกล่าวเข้าสู่กองทัพใน ค.ศ. 1936 ด้วยระเบียบสนามรบชั่วคราว ค.ศ. 1936 ตัวอย่างแรก ๆ ของศักยภาพของปฏิบัติการทางลึกพบได้จากชัยเหนือญี่ปุ่นของโซเวียตในยุทธการที่ฮาลฮินกอล ซึ่งทหารโซเวียตภายใต้บังคับบัญชาของเกออร์กี จูคอฟพิชิตกองทัพญี่ปุ่นที่ฮาลฮินกอลในเดือนสิงหาคมและกันยายน ค.ศ. 1939

มักกล่าวว่าการกวาดล้างเหล่านายทหารกองทัพแดงอย่างกว้างขวางใน ค.ศ. 1937–39 ทำให้ปฏิบัติการทางลึกเสื่อมความนิยมชั่วคราว[23] อย่างไรก็ตาม ปฏิบัติการทางลึกเป็นส่วนสำคัญของหลักนิยมโซเวียตอย่างแน่นอนหลังมีการแสดงประสิทธิภาพในยุทธการที่ฮาลฮินกอล[24]:5 และความสำเร็จของปฏิบัติการของเยอรมันที่คล้ายกันในโปแลนด์และฝรั่งเศส[25]:44 มีการใช้ปฏิบัติการทางลึกอย่างประสบความสำเร็จยิ่งใหญ่ระหว่างสงครามโลกครั้งที่สองซึงนำมาสู่ชัยชนะในยุทธการที่สตาลินกราด[24]:11 และปฏิบัติการบากราติออน[26]:17