37 армия е сформирана на 10 август 1941 година по време на германското настъпление в Украйна (Операция Барбароса) на основата на Киевския укрепен район. В нея са включени още 147, 171, 1751 206, 284 и 295 стрелкови дивизии, както и няколко по-малки подразделения. Армията е подчинена на Югозападния фронт и по време на Киевската операция (7 юли – 26 септември 1941) заема участъка между Святилное и Жеребятин при отбраната на украинската столица. Заедно с други съветски части е изтласкана от града и попада в обкръжение, като само отделни групи успяват да се съединят с основните съветски сили. Официално е разформирована на 25 септември 1941 година.