В этот период в РККА идет напряженная работа по формированию и комплектованию личным составом и техникой первых девяти мехкорпусов. 9 декабря он получает приказ о направлении [181] его в Прибалтийский особый военный округ в качестве заместителя командира 5-й тд 3-го мк, дислоцировавшейся в литовском городе Алитусе. Но в этой должности он пробыл недолго, через полгода, 19 июня 1941 г.{131}, поступил приказ о назначении его начальником штаба этого же корпуса. Сдав дивизию прибывшему с курсов усовершенствования комсостава комдиву Ф. Ф. Федорову, он убыл к новому месту службы в г. Каунас. Здесь он и узнал о нападении Германии на нашу страну.
Весть о начале войны застала полковника М. Е. Катукова в Киеве, в окружном госпитале. Послеоперационный шов еще не зажил, но после выступления по радио В. М. Молотова об агрессии Михаил Ефимович уговорил лечащего врача отпустить его и поспешил в Шепетовку, штаб дивизии. И уже вечером 28 июня доложил по телефону о своем прибытии генерал–майору К. К. Рокоссовскому, командиру 9-го мк, в состав которого входила 20-я тд. Генерал сообщил, что обстановка сложная, корпус включен в состав 5-й А генерал–майора М. И. Потапова, которая в свою очередь подчинена командующему Юго — Западным фронтом. Получен приказ — эвакуировать семьи комсостава и перебросить дивизию в район Луцка для нанесения контрудара во фланг вражеской группировки.
В своей книге «На острие главного удара» будущий командарм вспоминал, что его соединение только по названию было танковым формированием, на самом деле его таковым нельзя было назвать. Оно лишь формировалось, на момент начала войны два танковых полка располагали вместо положенных 375 Т-34 и KB 33 учебными легкими танками БТ. Артполк имел лишь 24 гаубицы, а батальон связи — лишь учебные радиостанции. Все не укомплектованные матчастью подразделения пришлось превратить в стрелковые, в том числе такие, как понтонный батальон. Такое же положение оказалось и с автотранспортом, из–за нехватки грузовых автомобилей переброска войск шла с большим трудом и медленно.
В свой первый бой с фашистскими захватчиками дивизия и ее командир вступили 24 июня у местечка Клевань. Противостояли им части 13-й тд. Бой был тяжелый, противоборствующие стороны оказались в неравных условиях. И хотя немцы были остановлены, 20-й тд это досталось большой ценой. Были потеряны все боевые машины, погиб командир танкового полка, появились убитые, раненые и в других частях.
До начала июля дивизия М. Е. Катукова участвовала в кровопролитных оборонительных боях в районе Дубны. В результате [182] дорогой ценой 5-й А удалось на несколько дней задержать наступление врага на юг. Но это общую ситуацию на фронте кардинально не изменило. Враг продолжал наступать, нанося Красной Армии не только тяжелые, но в ситуации, когда началась массовая эвакуация промышленных предприятий на Восток, трудновосполнимые потери, прежде всего в тяжелом вооружении. К середине августа значительная часть наших танков была выведена из строя. Это заставило советское командование расформировать все крупные танковые и механизированные соединения — дивизии и корпуса. В войсках остались лишь бригады и отдельные батальоны.
18 августа полковник М. Е. Катуков, лишь недавно вырвавшийся со своим заметно поредевшим соединением из окружения в районе местечка Гренталь, был вызван в Москву, в Главное автобронетанковое управление (ГАБТУ). Здесь его бывший сослуживец, а теперь командующий бронетанковыми войсками Красной Армии генерал–лейтенант Я. Н. Федоренко сообщил, что он назначается командиром создаваемой 4-й тбр. Соединение формировалась под Сталинградом, на базе уже прошедшей крещение боем 15-й тд. Не весь личный состав этой дивизии был включен в бригаду, но те, кто прошел отбор, прежде всего командный состав, руководство штаба, прошли с М. Е. Катуковым все тяжелейшие испытания первого периода войны.
Формирование шло недолго: враг рвался к Москве, и на сколачивание времени не было. 8 сентября новый комбриг прибыл под Сталинград, а уже 23 сентября бригада погрузилась в эшелоны и убыла под Москву. Через пять дней ее около полусотни боевых машин и немногочисленный личный состав выгрузились на ст. Кубинка, западнее столицы. И практически сразу же были направлены на юг в район Мценска, где создалось очень тяжелое положение.
Германская группа армий «Центр», пробив брешь 2-й танковой группой (тг) генерала Г. Гудериана в обороне Брянского фронта, уже 3 октября овладела Орлом. Для блокирования прорыва был срочно переброшен ряд соединений, которые объединили в 1-й гв. ск под командованием генерал–майора Д. Д. Лелюшенко. Он должен был остановить врага и создать достаточно прочную оборону. В состав корпуса вошла и 4-я тбр полковника М. Е. Катукова. Уже 4 октября первые разведгруппы бригады направились в район Орла, а через двое суток — ее основные силы вступили в бой с передовыми частями 24-го моторизованного корпуса 2-й тг.