Дивизия принимала участие в боевых действиях с немецкими войсками с первых дней войны, действуя в составе 6-й армии Юго-Западного фронта. В середине июля 1941 года она попала в окружение, но продолжала вести бои. После прорыва из окружения дивизию передали в 26-ю армию того же фронта. Участвовал в Львовско-Черновицкой и Киевской оборонительных операциях. В ходе катастрофы Юго-Западного фронта во время последней из этих операций вся армия попала в окружение. При попытке прорыва 12 сентября 1941 года отряд, возглавляемый лично Герасимовым, был разбит, а сам генерал был захвачен в плен. Содержался в нескольких лагерях для военнопленных, с середины 1943 года находился в тюрьмах Нюрнберг и Вайсенбург.