С конца июня 1941 года принимал участие в боевых действиях против немецких войск на Северо-Западном фронте (Прибалтийская стратегическая оборонительная операция). С 7 июля 1941 года был заместителем командующего 8-й армией этого фронта, а 24 июля вступил в командование 8-й армией. Его действия на посту командарма оказались неудачными: немецкие войска разрезали оборону армии в Эстонии на две части, выйдя к побережью Финского залива, отбросив одну часть армии к Таллину, а другую к Нарве. 6 августа генерал Любовцев был снят с должности.