В конце декабря 1941 года Сычев был назначен командиром 712-го стрелкового полка 232-й стрелковой дивизии СибВО, находившейся на формировании в городе Бийск. С 27 апреля по 14 мая 1942 года дивизия была передислоцирована в город Арзамас Горьковской области, где вошла в состав 3-й Резервной Армии. В конце мая она убыла сначала на станцию Лиски, затем в город Воронеж, где вошла в 6-ю Резервную Армию. В начале июля она вошла в 60-ю армию резерва Ставки ВГК (с 9 июля — в составе Воронежского фронта) и участвовала в Воронежско-Ворошиловградской оборонительной операции. Ее части вели тяжелые бои под Воронежем, в районе нас. пунктов Губарево и Хвощеватка. В ходе их майор Сычев был тяжело ранен (осколком снаряда в левую лопатку) и находился в медсанбате дивизии, по излечении вновь командовал 712-м стрелковым полком. В январе 1943 года полк под его командованием в составе тех же дивизии и армии принимал участие в Воронежско-Касторненской наступательной операции. В конце января дивизия вошла в подчинение 38-й армии и участвовала в Харьковских наступательной и оборонительной операциях. В ходе Курской битвы части дивизии до августа вели оборонительные бои на белгородском направлении, затем участвовали в Белгородско-Харьковской наступательной операции.