С началом войны находился на прежней должности. Армия обороняла побережье Балтийского моря на участке от Таллина до Либавы, в конце июня — июле вела оборонительные боевые действия на реке Западная Двина в районе Двинска, затем на реке Великая на рубеже Выборг — Опочка и на реке Ловать в районе Холма. В августе армия принимала участие в нанесении фронтового контрудара по группировке противника в районе Холма. Вскоре армия вела боевые действия на демянском направлении и к началу октября остановила наступление на рубеже озёр Велье — Селигер. В декабре 1941 года в ходе подготовки Торопецко-Холмской наступательной операции 27-я армия была преобразована в 4-ю ударную армию.