Первый бой в Великую Отечественную войну принял под Смоленском. Был контужен. После госпиталя был послан в составе кавалерийской дивизии под Сталинград. Зимой, переплыв Дон, кавалерийский полк Бирюкова участвовал в окружении противника и способствовал операции по уничтожению армии Паулюса. В 1944 году Бирюков с своим эскадроном освобождал концентрационный лагерь Майданек.