На початку серпня 1941 року армія займала оборону на річці Ловать, згодом за наказом командування фронту (Собенников, Ватутін) нанесла контрудар під Старою Руссою. Незважаючи на початкові успіхи, операція закінчилася катастрофою і поразкою військ. Командувач армії Качанов і начальник артилерії армії Гончаров були розстріляні, начальник штабу армії Озеров звільнений з посади і знижений у званні.
У лютому-квітні 1942 року 34-та армія брала участь у Дем'янській операції, оточенні і блокаді німецьких військ. У 1943 році армія вела бойові дії під Старою Руссою.
У листопаді 1943 року армія була розформована, війська були передані у 1-шу ударну армію. Управління 34-ї армії стало управлінням знову сформованої 4-ї армії.