С началом войны после эвакуации училища в город Вольск продолжал командовать учебным батальоном. В апреле 1942 года назначается начальником штаба 75-го УРа ПриВО. С мая 1942 года воевал с ним на Брянском, а с июля — Воронежском фронтах (севернее Воронежа). Особо отличился в боях с 3 по 8 июля, где проявил мужество и отвагу. Лично вывел из окружения 243-й и 239-й отдельные пулеметно-артиллерийские батальоны. В том же месяце 75-й УР вошел в состав 60-й армии и воевал на Воронежском фронте. С сентября 1942 года майор Васильев исполнял должность коменданта этого укрепрайона. В октябре в районе ст. Рамонь Воронежской области на базе 75-го УРа была сформирована 305-я стрелковая дивизия, а Васильев назначен в ней заместителем командира. До конца декабря её части занимали оборону по восточному берегу реки Дон в районе Кулишовка, Борисовка, Задонское шоссе (севернее Воронежа). С 13 января 1943 года, после совершения марша, дивизия вошла в 40-ю армию и участвовала в Острогожско-Россошанской, Воронежско-Касторненской и Харьковской наступательных операциях. В ходе последней 7 февраля её части освободили город Короча. В этих боях Васильев был ранен. С 19 февраля 305 сд входила в 3-ю танковую, а с 22 февраля — 69-ю армии Воронежского фронта. В их составе дивизия освободила города Люботин (22 февраля) и Валки (25 февраля). В марте её части приняли участие в Харьковской оборонительной операции, затем были выведены в резерв.