Із грудня 1941 року — командувач 51-ї армії. На чолі армії брав участь у Керченсько-Феодосійській десантній операції. 51-ша армія з великими втратами висадилася на Керченський півострів і взяла Керч. За ці бої Львов був нагороджений орденом Леніна.