В начале Великой Отечественной войны служит в штабе Юго-Западного фронта. Подаёт рапорт с просьбой «отправить на передний край». В ноябре 1942 года Сычёва назначают заместителем командира 126-й стрелковой дивизии, которая участвует в разгроме армии Паулюса под Сталинградом, становится на пути танков Манштейна в районе Аксая. В боях за освобождение Ростова-на-Дону был контужен и ранен в ногу.