З пачаткам Вялікай Айчыннай вайны корпус пад камандаваннем К. А. Карацеева ўдзельнічаў у баях на Паўднёва-Заходнім фронце, у баях на рацэ Днестр у складзе 18-й арміі Паўднёвага фронту. Пасля расфарміравання корпуса К. А. Карацееў прызначаны на пасаду камандуючага 18-й арміяй па тылу, з кастрычніка 1941 г. — камандуючага 12-й арміяй, з сакавіка 1942 г. — памочніка камандуючага войскамі Паўднёвага фронту, са жніўня 1942 г. — камандзіра 11-га гвардзейскага стралковага корпуса (9-я армія, Закаўказскі фронт), з верасня 1942 г. — камандуючага 9-й арміяй, з лютага 1943 г. — 18-й арміяй, з сакавіка 1943 г. — 9-й арміяй. У красавіку 1943 г. К. А. Карацееву прысвоена званне генерал-лейтэнант. З ліпеня 1943 г. і да канца вайны ён займаў пасаду камандуючага 52-й арміяй (складзе рэзерва Стаўкі вярхоўнага Галоўнакамандавання, Варонежскага, Стэпавага, 1-га Украінскага і 2-га Украінскага франтоў). У верасні 1944 г. прысвоена званне генерал-палкоўнік. Удзельнічаў у абароне Каўказа, бітве за Дняпро, Корсунь-Шаўчэнкаўскай, Яска-Кішынёўскай, Вісла-Одэрскай, Ніжнесілезскай, Берлінскай і Пражскай і іншых баявых аперацыях.