С началом войны в прежней должности. Войска армии в составе Северного и Карельского фронтов вели оборонительные бои против финских войск в Карелии и северо-восточнее Ладожского озера. С 13 декабря 1941 года дивизионный комиссар Васильев назначается членом Военного совета 7-й отдельной армии. В январе 1942 года он тяжело ранен и эвакуирован в Москву. После выздоровления вновь исполнял должность начальника политотдела и члена Военного совета 7-й отдельной армии. В феврале 1944 года направлен на КУВНАС при Высшей военной академии им. К. Е. Ворошилова, по окончании которой направляется в распоряжение Военного совета 3-го Белорусского фронта и с 11 июля был допущен к исполнению должности зам. командира 16-й гвардейской стрелковой дивизии. Ее части в это время вели бои по удержанию захваченного плацдарма на реки Неман в районе Неманойцы. С 27 июля, в ходе Каунасской операции, дивизия в составе 11-й гвардейской армии перешли в наступление и к 4 августа вышла на рубеж восточнее м. Любов (юго-западнее Калвария). Указом ПВС СССР от 12 августа 1944 года за прорыв обороны противника на р. Неман дивизия была награждена орденом Суворова 2-й ст. С 21 августа по 10 сентября генерал-майор Васильев временно командовал дивизией. С возвращением прежнего командира вновь вступил в исполнение прямых обязанностей зам. командира дивизии. С середины октября дивизия принимала участие в Гумбинненской наступательной операции. В начале ноября она была переброшена в район северо-восточнее Гольдап и вела упорные бои с перешедшим в контрнаступление противником, затем до конца года находилась там в обороне. 20 января 1945 года, в ходе начавшейся Инстербургско-Кенигсбергской операции, дивизия была введена в прорыв и вела бои на подступах к Инстербургу. 21 января Васильев был тяжело ранен и в течение 7 месяцев находился в госпитале.