盛世才是一个地地道道的机会主义者，他不断向苏联示好，装作十分信仰共产主义，对马列主义颇有研究。他邀请苏联驻迪化总领事来家做客，向他展示《资本论》《共产党宣言》《列宁主义问题》等书籍，声称中国只有走共产党的道路才有前途，希望与苏联合作，在新疆建立苏维埃政权。

盛世才的亲苏姿态引起斯大林的重视，苏共中央政治局下达对新疆工作的指示：“给新疆地方政府以积极的支持，粉碎马仲英及其队伍的进攻。”

中共驻新疆代表陈潭秋说，在相当一段时间里，盛世才在政治问题上是以两个中心的态度为标准，即国际问题看莫斯科，国内问题看延安。

有了苏联的支持，天高皇帝远，盛世才对国民党政府不再买账，还曾公开批评过蒋介石的“攘外必先安内”的政策。苏联不断给盛世才提供军事援助和经济援助，使盛世才上台后很快站稳脚跟。

1933年11月，张培元和马仲英结盟，准备集中优势兵力夹击迪化，形势岌岌可危。盛世才吓出一身冷汗，急电莫斯科，请求苏联出兵援救。为表达对共产主义的忠诚信仰，盛世才申请加入了苏联共产党，他还请求将新疆作为一个自治区或加盟共和国划归苏联。苏联出于国际舆论的考虑，没有答应。

苏联人趁张培元调走大军，伊犁后方空虚，派一个加强团从霍尔果斯进入伊犁，改换中国军服，伪装成归化军，迅速占领了伊宁、绥定、惠远3座县城。同时两个旅的苏联红军进入塔城，切断了伊犁与前方张培元的联系。张培元的前敌总指挥杨正中得知苏军入疆作战，军心大乱，在三道河子与盛世才的军队交战失利。腹背受敌的张培元闻讯大惊，企图率部越过冰达坂逃亡阿克苏。途中突然遭遇狂风暴雪，饥寒交迫的士兵纷纷逃回伊宁，张培元担心被俘受辱，绝望中开枪自杀。

盛世才的军队开进伊宁，他任命刘斌为伊犁屯垦使兼伊犁警备司令，宫振翰为伊犁区行政长。张培元新编第八师残部被盛世才改编为新疆边防军第七旅，张培元在伊犁的势力被彻底铲除。

1934年1月，马仲英统率主力7000余人围攻迪化，形势危急。盛世才一边率军抵抗，一边向苏联求援。据盛世才的副官赵剑锋回忆：在马仲英围攻省城的30多天中，盛世才每隔一两天就在夜晚派车接阿布列索夫到督署商谈苏联政府出兵之事。

一月中旬，苏联红军出动2000余人的机械化军队突破马仲英的防线，进抵迪化。随后，苏军出动飞机在马仲英军队的阵地倾泻炸弹，马仲英部损失惨重。迪化守军士气大振，趁机反攻，马仲英抵挡不住，率部仓皇逃窜。至此，盛世才在新疆已无强劲对手，政权得到巩固。

包尔汉后来说：“如果没有红军来援，盛政权在张、马的联合进攻下是支持不住的。”

因苏联军队驻守在新疆哈密，国民政府对盛世才投鼠忌器，势力难以进入新疆，新疆有10年左右时间在政治上处于半自治状态。

抗日战争爆发后，国民政府与苏联签订了互不侵犯条约，苏联大力援助中国，中苏关系进入蜜月期。苏联的大批军火物资通过新疆运往抗日前线。