Животные
Беспозвоночные. Один вид пауков и 32 видов насекомых являются редкими и охраняемыми. Все они занесены в список редких видов, рекомендуемых к включению во второе издание Красной Книги Пензенской области. Животные (2018). Из них 8 видов являются редкими для России в целом (Красная Книга РФ, 2008). Это – кузнечик дыбка степная; жуки: красотел пахучий и жук-олень; бабочки: аполлон, мнемозина, оса парнопес крупный и пчелиные: пчела-плотник и шмель армянский. Кроме этого, 6 видов-обитателей заповедника, занесены в Приложение 3 к КК России: 3 вида шмелей – Bombus schrenki Eversmann, B. pomorum Pz., B. argyllaceus (Scopoli); 3 вида бабочек – голубянка зубчатокрылая (Polyommatus daphnis Den.ef.Schiff.), подалирий (Iphiclides podalirius L.) и махаон (Papilio machaon L.). Охраняемыми в Пензенской области также являются паук тарантул русский; стрекоза красотка-девушка; прямокрылые кобылка трескучая и богомол обыкновенный. Из рекомендованных для включения в Красную книгу ПО видов жужелиц на территории заповедника обитают красотел пахучий (Calosoma sycophanta), красотел бронзовый (Calosoma inquisitor), красотел золотоямчатый – Calosoma auropunctatum, красотел степной (Calosoma denticolle), жужелица Шонхерра (Carabus schoenherri), жужелица Щеглова (Carabus stscheglowi), жужелица-наследник (Carabus sibiricus), жужелица золотокаемчатая (Carabus aurolimbatus), жужелица шагреневая (Carabus coriaceus), улиткоед карабоидный (Cychrus caraboides), слизнеед окаймленный (Chlaenius spoliatus); хрущ мраморный; бабочки – переливница большая, сенница болотная, сатир аретуза, голубянка алькон; перепончатокрылые – оса сколия степная и шмели пластинчатозубый и пятноспинный.
Позвоночные. Среди позвоночных животных, занесенных в Красную Книгу России, на территории заповедника отмечены: 3 вида рыб и круглоротых (быстрянка русская, подкаменщик, украинская минога) и 12 видов птиц (европейская дрофа, степной лунь, полевой лунь, беркут (залет), змееяд, орел-карлик, кобчик, зимородок, серый сорокопут, европейский средний пестрый дятел,, обыкновенная горлица,).
Для ряда видов (8) флоры и фауны выявлены новые места обитания на территории заповедника. Обнаружены и описаны новые для науки виды коллембол: Najtiaphorura dobrolubovae Shvejonkova et Potapov, Stachorutes gracilis Smolis & Shvejonkova, Micraphorura stojkoae Shvejonkova & Potapov. В 2017 году на сопредельных с заповедником территориях зарегистрирован редкий, занесенный в Красные книги МСОП, России и Пензенской области, вид птиц из отряда Ястребообразные – Орлан-белохвост (Haliaeetus albicilla (Linnaeus, 1758)) и повторно в заповеднике отмечен Змееяд (Circaetus gallicus) (КК МСОП, России и Пензенской области). Также установлено повторное гнездование на территории заповедника другого вида птиц из Красной книги МСОП, России и Пензенской области – серого сорокопута (Lanius excubitor). После продолжительного отсутствия (с 2010 года) в 2017 году зарегистрировано гнездование трех пар огаря, вида, занесенного в Красную книгу ПО.