С первого дня Великой Отечественной войны 121-я стрелковая дивизия вела бой в составе 13-й армии Западного фронта, участвуя в Белостокско-Минском оборонительном сражении. Сначала она держала оборону по восточному берегу реки Щара в районе Слонима, затем с боями отходила на Барановичи, Слуцк, Осиповичи, Старые Дороги. В конце июня дивизия попала в окружение, но 7 июля с боем вырвалась оттуда. После короткого периода пополнения в Новозыбкове дивизия вошла в 13-ю армию Центрального фронта и участвовала в Смоленском оборонительном сражении. В начале битвы за Москву дивизия во второй раз попала в окружение в ходе Орловско-Брянской оборонительной операции в районе Хинельских лесов, но затем вновь прорвалась в расположение своих войск. В начале декабря дивизия участвовала в Елецкой наступательной операции. В феврале 1942 года её передали в состав 40-й армии, где летом в составе Воронежского фронта она участвовала в Воронежско-Ворошиловградской оборонительной операции.