З 1939 року Голованов перебував у розпорядженні штабу Військово-повітряних сил РСЧА. Брав участь як командир екіпажу в бойових діях на річці Халхин-Гол (нагороджений орденом Червоного Прапора) і у війні з Фінляндією (нагороджений орденом Леніна).