בשנת 1939 מונה לליושנקו למפקד חטיבת הטנקים ה-39, והשתתף עמה בפלישת ברית המועצות לפולין ובמלחמת החורף. עם פלישת הכוחות הגרמניים לברית המועצות לחם לליושנקו עם חטיבתו, ובאוגוסט 1941 מונה למפקד הקורפוס הממוכן ה-21. באוקטובר אותה שנה מונה למפקד קורפוס הרובאים המיוחד של המשמר ה-1, והוטל עליו לבלום את יחידות ארמיית הפאנצר השנייה שהתקדמו לעבר מוסקבה. ב-11 באוקטובר מונה למפקד הארמייה החמישית, אולם כעבור 6 ימים נפצע באחד הקרבות. בנובמבר 1941 מונה למפקד הארמייה ה-30, והשתתף עמה במתקפת הנגד באזור מוסקבה, ושחרר עמה את העיר קלינין. בקיץ 1942 לחם לליושנקו בקרב רז'ב הראשון וספג אבדות כבדות, ובנובמבר 1942 מונה למפקד ארמיית המשמר הראשונה ולחם עמה במבצע אורנוס. לאחר מכן מונה למפקד ארמיית המשמר השלישית, ולחם עמה בקרב דנייפר ובמבצע דנייפר-קרפטי. במרץ 1944 מונה לליושנקו למפקד ארמיית הטנקים הרביעית, אשר שמה שונה במרץ 1945 לארמיית המשמר המשוריינת הרביעית, ולחם עמה במבצע לבוב-סנדומייז' ובמבצע ויסלה-אודר. במהלך הקרב על ברלין לחם לליושנקו עם הארמייה כחלק מהחזית האוקראינית הראשונה, ולאחר מכן השתתף בקרב על פראג.