25 июня 1941 года был допущен к командованию 57-м запасным стрелковым полком 19-й стрелковой бригады. С сентября — командир отдельного батальона в 54-й отдельной курсантской стрелковой бригаде, формировавшейся в этом же округе. В декабре бригада направлена на Западный фронт, где участвовала в битве под Москвой. С конца декабря она вела боевые действия в составе 3-й ударной армии на Северо-Западном, затем Калининском фронтах. Участвовала в Торопецко-Холмской наступательной операции. В марте 1942 года подполковник Попов назначен заместителем командира 470-го стрелкового полка 194-й стрелковой дивизии, с апреля командовал 616-м стрелковым полком этой дивизии. Части дивизии в составе 49-й армии участвовали в Ржевско-Вяземской наступательной операции. С 28 апреля по 15 октября они занимали оборону по реке Угра в районе города Юхнов.