В июне 1940 года дивизия была включена в состав 49-го стрелкового корпуса 5-й армии Южного фронта. 14 числа она была сосредоточена в районе Янчицев и Баговицы. 28 июня советские войска начали операцию по возвращению Северной Буковины и Бессарабии. 80 сд переправилась через Днестр в районе Устье, Сокола и Большой Мукшы и, пройдя Ленковцы и Кельменцы, достигла Новоселицы, Волченца и Лукачан. Вечером этого же дня дивизия была переподчинена 36-му стрелковому корпусу. 29 июня она достигла района Баласинешты — Коржеуцы, сменив 30 числа 49-ю танковую бригаду и развернув свои полки по линии Шировцы — Коржеуцы — Куконешты.