Во главе корпуса участвовал в Великой Отечественной войне с июня 1941 года. В составе 9-й и 12-й армий Южного фронта участвовал в Приграничном сражении в Молдавии и в Уманском оборонительном сражении. В Уманском котле корпус был разгромлен, но сам Новосельский с группой командиров и красноармейцев сумел выйти из окружения. После выхода к своим с октября 1941 был в распоряжении Маршала Советского Союза К. Е. Ворошилова, участвуя в подготовке новых частей для фронта. С января 1942 года — командир 146-й стрелковой дивизии 50-й армии Западного фронта. Участник битвы за Москву. С июля по ноябрь 1942 года опять был в распоряжении К. Е. Ворошилова. С ноября 1942 года — заместитель командующего Брянским фронтом, на этом посту участвовал в Воронежско-Касторненской, Малоархангельской, Орловской, Брянской наступательных операциях. С ноября 1943 года командир 97-го стрелкового корпуса на 2-м Прибалтийском фронте, с марта 1944 — командир 7-го гвардейского стрелкового корпуса 22-й армии этого фронта. В августе-сентябре 1944 года был заместителем командующего 10-й гвардейской армией, затем командовал 55-м стрелковым корпусом в 21-й армии 1-го Украинского фронта. В завершающие годы войны участвовал в Режицко-Двинской, Мадонской, Сандомирско-Силезской, Верхнесилезской и Пражской наступательных операциях.