В начале войны Вовченко был назначен на должность командира 48-го отдельного разведывательного батальона (48-я танковая дивизия), в сентябре 1941 года — на должность командира 9-го танкового полка (9-я танковая бригада), в феврале 1942 года — на должность командира 81-й танковой бригады, в апреле 1942 года — на должность командира 3-й гвардейской танковой бригады (7-й танковый корпус), которая принимала участие в ходе разгрома войск противника под Сталинградом.