Affecté au bataillon de marche (BM2) et promu capitaine, Gilbert Chevillot participe à la campagne de Syrie en 1941 puis aux combats d'Afrique du nord lors de la guerre du désert. Engagé dans la bataille de Bir-Hakeim en mai et juin 1942, il s'y illustre en tenant un point d'appui face aux assauts ennemis. Dans la nuit du 10 au 11 juin, lors de l'évacuation des troupes françaises de la position de Bir-Hakeim, il parvient à ramener saine et sauve la quasi-totalité de sa compagnie. Il est ensuite muté à l'état-major de la brigade française libre dont fait partie le BM2 et participe à la seconde bataille d'El Alamein en octobre 1942.