Постановлением Государственного Комитета Обороны СССР от 6 июля 1941 года механизированные корпуса расформировывались. Вместо них формировались отдельные танковые и мотострелковые дивизии сокращенного состава, с подчинением их командующим общевойсковыми армиями. В соответствии с директивой заместителя наркома обороны от 24 августа 1941 года танковые дивизии переформировывались в отдельные танковые бригады.
Следует отметить, что каких-либо формирований, вооруженных исключительно танками Т-34, не существовало (в отличие от КВ, например). Они поступали практически во все танковые формирования и использовались в боевых действиях совместно с машинами других марок, как отечественных, так и зарубежных.
К концу сентября 1941 года танковые войска Красной Армии на западном направлении состояли из одной танковой и двух мотострелковых дивизий, 13 отдельных танковых бригад и четырех отдельных танковых батальонов. Всего в них насчитывалось 782 танка, из них тяжелых и средних — 141, легких — 641. В то же время на Московском направлении противник в группе армий «Центр» развернул 64 дивизии, из них 14 танковых и шесть моторизованных. В них по состоянию на 10 сентября 1941 года насчитывалось около 2300 танков.
30 сентября войска 2-й танковой группы генерала Г. Гудериана нанесли удар по левому флангу Брянского фронта, прорвали фронт и к концу дня продвинулись на 15–20 км. Попытка организовать контрудар закончилась неудачей — контратаковавшие части были смяты и отброшены. К вечеру глубина прорыва достигла уже 80 км. Утром 2 октября дивизии 3-й и 4-й танковых групп прорвали оборону Западного и Резервного фронтов и продвинулись к концу дня на 20–40 км. Для восстановления положения на участках прорыва командующие фронтами ввели в бой свои резервы, в числе которых были и танковые части. Но поправить положение не удалось. Уже 3 октября глубина продвижения немцев в полосе Западного фронта составила 50 км, Резервного — 80 км и Брянского — почти 200 км.
6 октября 1941 года войска Западного фронта получили приказ на отход, но было уже поздно — на следующий день танки Гота и Гепнера соединились в Вязьме, замкнув кольцо окружения. В общей сложности в окружении оказались 64 советские дивизии, 11 танковых бригад и другие войска. Какой-то их части удалось вырваться из вражеского кольца, большинство же погибло или попало в плен. В ходе боев в котлах были потеряны и все танки.
Войска Западного и Брянского фронтов, понеся огромные потери, отходили на восток, ведя бои на промежуточных оборонительных рубежах и стараясь выиграть время для сосредоточения резервов. На Калининском направлении, например, сражались 8-я и 21-я танковые бригады. Первая имела полковую структуру. На ее вооружении состояло 22 Т-34, 7 КВ и 32 легких танка.
14 октября немцы заняли южную часть Калинина (ныне — Тверь). Попытка противника продвинуться к северу и юго-востоку от Калинина была ликвидирована нашими частями, в том числе и 8-й танковой бригадой. В течение трех дней (15, 16 и 17 октября) 8-я танковая бригада вела ожесточенные бои с немецкими танками и мотопехотой в северо-западной части города (в районе Горбатого моста), у населенных пунктов Николо-Малица и Каликино. Командный пункт бригады находился в старой церкви Николо-Малицы.
По свидетельству командира танкового полка бригады майора А.В. Егорова, в эти три дня район Николо-Малицы, Медного и Брянцево представлял собой «слоеный пирог». Группы советских и немецких танков растекались по полям, сталкивались в коротких схватках. За три дня боев танкисты бригады в открытых схватках и из засад уничтожили 22 немецких танка, 8 бронемашин, 6 противотанковых орудий и до батальона пехоты. При этом и бригада тоже потеряла до 50 % танков.