Начало Великой Отечественной войны застало его командиром 21-го механизированного корпуса. С началом Великой Отечественной войны корпус был передан в состав Северо-Западного фронта и участвовал в Прибалтийской стратегической оборонительной операции. Вступил в бой под Даугавпилсом 28 июня 1941 года, получив приказ на нанесение контрудара по захватившим город немецким войскам. Перейдя в наступление, части корпуса при отсутствии поддержки пехоты и авиации отбросили противника на 15—20 километров, ворвались в Даугавпилс и несколько часов вели бой на улицах города. Закрепиться в городе танкисты не смогли, но немецкое наступление на этом участке было остановлено до 2 июля. В ходе сражение корпус понёс большие потери в танках, но и немецким войскам был нанесён значительный урон. Затем части корпуса с боями отходили от рубежа к рубежу, а в середине июля 1941 года приняли участие в контрударе под Сольцами. В августе корпус лишился своих последних танков и был расформирован. На фоне общего катастрофического развития ситуации на фронтах боевые действия 21-го мехкорпуса были оценены высоко и Лелюшенко был направлен на повышение. В конце августа 1941 г. он был назначен начальником Управления формирования и комплектования автобронетанковых войск — заместителем начальника ГАБТУ.