С началом войны дивизия под командованием Г. И. Кузьмина в составе 9-й армии Южного фронта вела оборонительные бои на могилёвско-волынском и уманском направлениях. В августе 1941 года в связи с большими потерями и нехваткой материальной части и подготовленных кадров дивизия была преобразована в 132-ю танковую бригаду, которая в составе 38-й армии принимала участие в оборонительных боях, а затем в составе 37-й армии — в ходе Ростовской и Барвенково-Лозовской наступательных операций. За отличия в боях в январе 1942 года 132-я танковая бригада была преобразована в 4-ю гвардейскую.