В ноябре 1941 года был назначен на должность коменданта Куйбышев, в июне 1942 года — на должность командира 279-й стрелковой дивизии, которая принимала участие в ходе контрнаступления под Сталинградом, разгроме войск противника на Среднем Дону, а также в срыве его попыток деблокирования окружённой группы войск в районе Сталинграда. Вскоре 279-я стрелковая дивизия под командованием Мухина отличилась в ходе Ворошиловградской наступательной операции, за что командир дивизии был награждён орденом Суворова 2 степени, а также ему было присвоено воинское звание «генерал-майор».