W ZSRR został studentem konserwatorium w Mińsku, w klasie kompozycji Wasilija Zołotariowa. Razem z nim studiował Ryszard Sielicki. W czerwcu 1940 roku jako pianista wystąpił w Moskwie w Dekadzie Białoruskiej Sztuki. 23 czerwca 1941 roku Orkiestra filharmonii w Mińsku wykonała jego utwór dyplomowy Poemat symfoniczny. Po napaści Niemiec na ZSRR uciekł do Taszkentu, gdzie zatrudniono go jako korepetytora w operze. Komponował też utwory patriotyczne, np. balet Do boju za ojczyznę. Wtedy ożenił się z Natalią Wowsi-Michoels, córką znanego aktora i reżysera teatru żydowskiego Solomona Michoelsa. Dzięki pomocy Dmitrija Szostakowicza, w 1943 roku przeprowadzili się do Moskwy. W 1946 roku Wajnberga oskarżono o to, że za mało odwołuje się do folkloru i pisze zbyt pesymistyczną muzykę. W 1948 roku oskarżono go o formalizm i zakazano wykonywać kilka jego utworów. W tym czasie zaczął zarabiać na życie pisząc muzykę dla radia i dla cyrku. W lutym 1953 roku został aresztowany za „żydowski nacjonalizm burżuazyjny.” Zwolniono go w kwietniu, znów dzięki pomocy Szostakowicza.
W następnych latach Wajnberg komponował dużo muzyki filmowej. Najbardziej znany był film wojenny Lecą żurawie, wyróżniony Złotą Palmą na festiwalu filmowym w Cannes w 1958 rokuD. Gwizdalanka Mieczysław Wajnberg.