Vlasov, Barbarossa Operasyonu'nun ilk gününden sonra Batı Cephesi'nde avcı uçak filosu komutanı olarak Sovyetler Birliği'nin savunmasında aktif olarak yer aldı. Ağustos 1941'de bir Nazi keşif uçağını kesmeye çalışırken uçağındaki silahlar sıkışınca bizzat uçağı ile hava saldırısı yaptı. Çarpışma başarılı oldu ve Nazi uçağı tahrip edildi, ancak Vlasov uçağını kurtarırken ağır yaralandı. Yaralanması nedeniyle bir yıl boyunca uçuş yapamadı ve hastanede uzun süre kaldı. Hastaneden taburcu olduktan sonra vaktini genç savaş pilotlarının eğitimi için harcadı. Sonunda, Haziran 1942'de uçmasına izin verildi, ancak bir avcı uçağı yerine Po-2 gece bombardıman uçağıyla uçuşlara başladı. Bir görevde, yaralı bir pilot olan Sovyetler Birliği Kahramanı Filipp Demchenkov'u güvenlikli bir yere götürmek için uçağını düşman birliklerinin yanına indirmekle görevlendirildi. Vlasov görevi ağır düşman ateşi altında başarıyla gerçekleştirdi. Savaşta toplam 220 uçuşa ve 22 it dalaşına katıldı, toplamda 10 düşman uçağı düşürdü. 23 Kasım 1942'de Sovyetler Birliği Kahramanı unvanını aldı. Ödülü almak için Kremlin'e gitti.