В 1942 году Ермолаев был призван на службу в Рабоче-крестьянскую Красную Армию. Окончил Сызранское танковое училище. С октября 1943 года — на фронтах Великой Отечественной войны. Принимал участие в боях на Калининском и 3-м Белорусском фронтах. Участвовал в освобождении Смоленской области и Белорусской ССР. К июню 1944 года гвардии младший лейтенант Григорий Ермолаев командовал танком 28-й отдельной гвардейской танковой бригады 39-й армии 3-го Белорусского фронта. Отличился во время освобождения Витебской области.