На 22 июня 1941 года находилась в составе 34-го стрелкового корпуса с местом дислокации в районе Черкассы, Белая Церковь. Корпус был подчинен 19-й Армии на Юго-Западном фронте. В июле 1941 года в связи с неблагоприятным развитием событий на Западном фронте 19-ю армию приказано перебросить в район Витебск, Рудня, Смоленск. Как указано в справке и. о. командира дивизии полковника В. П. Брынзова от 25 июля, «Части дивизии вводились в бой по прибытии на станцию отдельно батальонами и дивизионами и придавались к другим соединениям, штабу фронта и штабу 19 армии. Так были использованы в бою 535-й гаубичный артполк, 196-й отдельный противотанковый артдивизион, 284-й отдельный батальон связи, 110-й отдельный разведывательный батальон и штабная батарея, откуда после боя возвращались в 158 дивизию отдельные люди без всякой матчасти. 423-й легко-артиллерийский полк и 2 стрелковых батальона 881-го стрелкового полка, погруженные в эшелон на ст. Фастово, направлены неизвестно куда и до сих пор в дивизии их нет. 274-й отдельный сапёрный батальон до выступления на фронт выбыл из дивизии в ПрибВО»[2].
Потеряв связь со штабом 19-й армии, 34-й стрелковый корпус под командованием генерал-майора Хмельницкого в составе 127-й и 158-й стрелковых дивизий вошел в подчинение 16-й армии. Корпус была сосредоточен на левом берегу Днепра, южнее 46-й стрелковой дивизии. 158-я стрелковая дивизия занимала Штылов и участок южнее этого населенного пункта.
Примерно 16, 17, 18 июля дивизия в неполном составе вела наступательный бой и содействовала 127-й стрелковой дивизии в овладении южной окраиной г. Смоленск. На южной окраине противник перешел к обороне. Артиллерийские снаряды, как в дивизии, а главным образом, в приданной артиллерии были израсходованы, пополнение боеприпасов не получено. Дальше продвинуться не удалось, так как разрозненные части 158-й стрелковой дивизии были разбиты и рассеяны подошедшей моторизованной колонной и танками противника с направления г. Красный, г. Кромны.
19 июля командир дивизии В. И. Новожилов был контужен и оставлен на поле боя[3].
В течение ночи 127-я стрелковая дивизия совместно с 158-й стрелковой дивизией, выполняя поставленную боевую задачу, вела напряженные бои на рубеже Коропчено, Рябцево, в ходе которых было успешно отбито семь атак пехоты и танков противника.
24 июля 1941 года 127-я и 158-я стрелковые дивизии 34-го стрелкового корпуса (уже в составе 16-й армии) Западного фронта, наступавшие с юга на южную часть Смоленска, после двухдневных контратак противника, понеся большие потери, отошли за Днепр в район Королево, Ложейково.
В ночь на 25 июля 127-я стрелковая дивизия совершив марш Спас-Твердильск-Рудня (восточнее г. Смоленск) с задачей — переправившись через р. Днепр в районе г. Рудня, наступая в направлении Туривщина, Брилевка, овладеть южной окраиной г. Смоленск, имея справа подразделения 158-й стрелковой дивизии (не более разрозненного батальона) и батальон слева 720-го стрелкового полка.
25 июля дивизия переправилась через р. Днепр, заняла Цыгановку, Районовку. И. о. командира дивизии полковник В. П. Брынзов так оценивал состояние дивизии: «158 дивизия, как боевая единица, не существует»[2]. Она насчитывала 203 человека начсостава, 1066 человек младшего комсостава и рядовых, на вооружении находились 19 миномётов, 11 45-мм орудий, 3 76-мм орудий, 2 рации.
2 августа 1941 года под воздействием превосходящих сил противника части 127-й и 158-й стрелковых дивизий вынуждены были несколько отойти назад и на фронте Шенково, Рудня, Заболотье перейти к обороне.
Согласно приказу штаба 20-й армии № 0014 от 8 августа 1941 года управление 34-го стрелкового корпуса в составе 127-й и 158-й стрелковых дивизий вошли в состав 20-й армии Западного фронта. 9 августа 1941 года было расформировано управление 34-го стрелкового корпуса.
10 августа 1941 года 875-й стрелковый (в составе 309 человек, 1 станкового пулемета, 6 ручных пулеметов, 234 винтовок, без полковой артиллерии и минометов) и 423-й лёгкий артиллерийский (в составе: людей — 1191, лошадей — 764, 76-мм пушек — 16, 122-мм гаубиц — 8, ручных пулеметов — 20, счетверенных пулеметных установок — 1, винтовок — 66) полки, после переправы через р. Днепр в районе Соловьевской переправы, были передан в состав 127-й стрелковой дивизии.
Остатки дивизии после выхода из окружения были так же влиты в 127-ю стрелковую дивизию, а дивизия расформирована.
Феськов В. И., Калашников К. А., Голиков В. И.Глава 2. Стрелковые и воздушно-десантные войска, укрепленные районы Красной Армии в годы Великой Отечественной войны // Красная Армия в победах и поражениях 1941—1945 гг.. — Томск: Издательство Томского университета, 2003. — 619 с. — ISBN 5-7511-1624-0.
Коллектив авторов Гл. упр. кадров МО СССР. Командование корпусного и дивизионного звена Советских Вооруженных Сил периода Великой Отечественной войны 1941—1945 гг / подбор и оформ. А. И. Калабин. — М.: Военная Академия им. М. В. Фрунзе, 1964. — 572 с. — (приложение к книге «Военные кадры Советского государства в Великой Отечественной войне 1941—1945 гг.»).
Руководящий политический состав управлений фронтов, флотов, армий, флотилий, корпусов, дивизий, соединений Военно-Морского Флота и танковых бригад периода Великой Отечественной войны 1941—1945 гг. / подбор и оформ. А. С. Жерздев. — М.: Издание Военной академии имени М. В. Фрунзе, 1968. — 979 с.
I. Стрелковые и горнострелковые дивизии // Перечень № 5 Стрелковых, горнострелковых, мотострелковых и моторизованных дивизий, входивших в состав действующей армии в годы Великой Отечественной войны 1941—1945 гг. / А. П. Покровский. — М.: Министерство обороны, 1956. — С. 7—160. — 218 с.
Великая Отечественная. Комдивы : военный биографический словарь / [Д. А. Цапаев и др. ; под общ. ред. В. П. Горемыкина] ; М-во обороны Российской Федерации, Гл. упр. кадров, Гл. упр. по работе с личным составом, Ин-т военной истории Военной акад. Генерального штаба, Центральный архив. — М. : Кучково поле, 2014. — Т. III. Командиры стрелковых, горнострелковых дивизий, крымских, полярных, петрозаводских дивизий, дивизий ребольского направления, истребительных дивизий (Абакумов — Зюванов). — 1102 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-9950-0382-3.
Коллектив авторов. Великая Отечественная: Комдивы. Военный биографический словарь. Командиры стрелковых, горнострелковых дивизий, крымских, полярных, петрозаводских дивизий, дивизий ребольского направления, истребительных дивизий. (Ибянский — Печененко). — М.: Кучково поле, 2015. — Т. 4. — 1248 с. — 330 экз. — ISBN 978-5-9950-0602-2.
.svg){kind=small}