Seit Juli 1940 und zu Beginn des Großen Vaterländischen Krieges war Generalmajor Schljomin Stabschef der 11. Armee. Ab Mai 1942 war er Chef des Stabes der Nordwestfront, anschließend war er Chef des Stabes der 1. Gardearmee der Südwestfront. Von Januar bis April 1943 kommandierte er die 5. Panzerarmee an der Südwestfront. Am 19. März 1943 wurde er zum Generalleutnant befördert. Von April bis Mai 1943 kommandierte er die 12. Armee an der Südwestfront, vom 11. September 1943 bis 27. Mai 1944 die 6. Armee an der Südwestfront bzw. an der 3. Ukrainischen Front. Vom 27. Mai 1944 bis 16. Januar 1945 kommandierte er die 46. Armee an der 3. und 2. Ukrainischen Front. Die Streitkräfte unter seinem Befehl nahmen u. a. an der Schlacht von Stalingrad, an der Donezbecken-Operation, an der Beresnegowatoje-Snigirjower Operation, an der Operation Jassy-Kischinew, an der Debrecener Operation, an der Belgrader Operation, an der Dnepr-Karpaten-Operation und an der Schlacht um Budapest teil.