スームィ州
1941年9月12日に行った2回の索敵任務で乗機は損傷を受けていたにも関わらず、3度目の索敵に出撃した彼女は帰還途中に2機のソ連軍機が7機のメッサーシュミット（Me-109）から攻撃を受けている場面に遭遇。空戦で2機のソ連軍機は被弾し撤退を余儀なくされた。ゼレンコは敵機を1機撃墜したものの弾薬を打ち尽くし、もう1機のメッサーシュミットの後部に体当たりしてこれも撃墜させた。同時に乗機も爆発し、ゼレンコはコクピットから放り出されて墜落死した。この戦闘は付近の住民に目撃され、遺体は住民らによって現地のウクライナ共和国スームィ州アナスタシエフカにいったん埋葬された。