С первого дня Великой Отечественной войны командовал 17-й смешанной авиадивизией на Юго-Западном фронте. Участвовал в приграничном сражении на Западной Украине, в Киевской оборонительной операции и в Сумско-Харьковской оборонительной операции. В ноябре дивизия была отозвана с фронта на переформирование, а сам А.И. Гусев вызван в Москву.