Полковник Федульев участвовал в переформировании дивизии, а затем руководил работой штаба дивизии во время сражения под Ельней. 10 октября 1941 года он был назначен командиром 10-й смешанной авиационной дивизии. В составе войск 43-й армии дивизия под его командованием участвовала в обороне Москвы, совершив в ноябре-декабре 1941 года 358 самолётовылетов и потеряв 10 самолётов. 20 января 1942 года полковник Федульев был награждён вторым орденом Красного Знамени.