В Отечественную войну 1812 года полковник Мосолов продолжил командование Стародубовским драгунским полком, который в составе 15-й бригады 5-й кавалерийской дивизии входил в кавалерийский корпус К. О. Ламберта 3-й Резервной Обсервационной армии. С 18 сентября 1812 года армия переименована в 3-ю Западную (после объединения с Дунайской армией). Принимал участие в сражениях: под Кобриным, при Слониме и на Березине. С 17 декабря 1812 года полк Мосолова переименован в Стародубовский кирасирский полк. Во время сражения под Борисовым ранен пулей в левую ногу выше колена и в полк вернулся только весной 1813 года. Продолжил командование полком, за сражения при Лютцене и при Бауцене награждён орденом Святого Владимира 3-й степени.