В начале января 1942 года 150 сд приняла участие в Барвенково-Лозовской операции, действуя в районе Ударник — Царедаровка. В мае этого же года дивизия в составе 57-й армии участвовала в Харьковской операции. В полдень 16 мая она перешла в наступление в районе Лозовой и прорвала оборону противника на глубину 7-10 км. Наступление дивизии, однако, не было развито и никакого влияния на оперативную обстановку не оказало. В ходе немецкого контрнаступления части дивизии оказались в окружении и были уничтожены. В конце июня 150 сд была расформирована как погибшая.