С февраля 1942 года командовал 1366-м стрелковым полком 407-й стрелковой дивизии, которые формировались в Среднеазиатском военном округе (Семипалатинск). С мая 1942 года майор К. В. Билютин командовал 78-м гвардейским стрелковым полком 25-й Краснознаменной гвардейской стрелковой дивизии, которая формировалась в Московском военном округе. В начале июля 1942 года полк и дивизия вошли в состав 6-й армии Воронежского фронта. А 5 августа полк с боем форсировал реку Дон, выбил венгерские войска с удобнейших позиций, расположенных на береговых кручах высотой до 30 метров с районе села Сторожевое 1-е Острогожского района Воронежской области и захватил там плацдарм. В непрерывных боях до 17 августа, отбивая непрерывные контратаки, плацдарм был расширен до 7 километров по фронту и 4 километров в глубину, и получил наименование «Сторожевского плацдарма», на него переправилась вся дивизия, и следом и другие части. Его пытались ликвидировать сначала войска венгерской армии, затем сменившие их немецкие части, вплоть до октября на нём кипели ежедневные кровопролитные бои, неоднократно противник теснил советские войска и затем контратаками его отбрасывали обратно, но плацдарм был удержан. Эти сражения подробно описаны в мемуарах тогдашнего командира генерала П. М. Шафаренко «На разных фронтах», где он неоднократно упоминает, как командир полка Билютин в критические моменты лично в передовой цепи водил полк в контратаки. В этих боях Билютин был контужен в голову 9 сентября 1942 года, но от эвакуации отказался. В начале января 1943 года Сторожевский плацдарм стал исходным рубежом для главного удара 6-й армии в Острогожско-Россошанской наступательной операции. За умелое руководством полком в сражениях на плацдарме командир полка К. В. Билютин был награждён орденом Александра Невского.