В июле 1941 года Иванов был назначен на должность командира 108-й танковой дивизии, воевавшей в 50-й армии на Брянском и Западном фронтах. В районе Трубчевска дивизия, находясь в составе маневренной группы Брянского фронта, уничтожила 79 танков 17-й танковой дивизии противника. В октябре 1941 года в ходе Орловско-Брянской операции 108-я танковая дивизия под командованием Иванова попала в окружение, где в течение шести дней вела оборонительные бои, в ходе которых Иванов смог организовать выход дивизии из окружения, сохранив её в полном составе. Вскоре дивизия в составе 50-й армии участвовала в обороне Тулы, одновременно Иванов являлся начальником гарнизона Тулы являлся С. А. Иванов. Дивизия под его командованием принимала участие в Тульской и Калужской наступательных операциях, в ходе которых были освобождены города Венёв, Сталиногорск и Калуга.