基辅战役
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参见：基輔戰役 (1941年)
德军依靠其闪击战的威力，于1941年8月兵临基辅。由于波塔波夫坦克兵少将的第5集团军被迫撤至第聂伯河一线，苏联急需新部队补缺。经推荐和反复研究，苏联西南方面军司令基尔波诺斯上将和时任前线军事委员会委员赫鲁晓夫决定以弗拉索夫担任一支临时拼凑的第37集团军司令，此时弗拉索夫刚刚从普热梅希尔退下来。
弗拉索夫上任后收容前线溃败的军士，重整第37集团军，并迅速组织起防御。8月8日德军第6集团军第29军进攻基辅，在弗拉索夫组织的抵抗下，进攻没有收获。8月中旬第37集团军击退了德军在基辅西南的攻势，守住了基辅的正面防线。但是库兹涅佐夫的第21集团军和波德拉斯的第40集团军之间出现了缺口，使德军得以从翼侧包围基辅，此外叶廖缅科的布良斯克方面军实施反突击失败，古德里安和克莱斯特的装甲集群得以长驱直入，苏军防线终于崩溃，弗拉索夫徒步逃出包围。
为表彰弗拉索夫的功绩，斯大林特令用飞机接他到莫斯科，授予其列宁勋章并任命为防卫莫斯科的第20集团军司令。
莫斯科保卫战
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参见：莫斯科戰役
1941年11月喬爾格-漢斯·萊因哈特的第3装甲集群和赫普纳的第4装甲集群从北面突破了苏军的防线。弗拉索夫很快率第20集团军以强行军堵住了突破口。在库兹涅佐夫的第1突击集团军支援下，弗拉索夫在德米特罗夫和伊克沙湖之间发动反攻，把德军阻挡在莫斯科运河一线。12月6日开始的大反攻中，第20集团军与别洛夫指挥的近卫骑兵第1军连克德军战略要地，将德军驱至拉马河、鲁扎河一线地区，并收复了沃洛科拉姆斯克在内的许多居民地，还缴获了大量的武器装备。
1942年1月13日第20集团军率先从沃洛科拉姆斯克和沙霍夫斯卡亚方向实施突击，于1月底抵达格扎茨克东北。第20集团军与各路苏军在维亚济马合围了德国第9集团军和第4装甲集团军一部。但在胜利在望时，苏军最高统帅部却不顾朱可夫的反对，过早将第1突击集团军和罗科索夫斯基的第16集团军从莫斯科以西撤走去增援南北两翼，使第20集团军不得不加宽进攻的正面宽度，逐渐失去了锐势。试图封闭尤赫诺夫到维亚济马间的缺口的苏军伞兵和游击队又遭德第4装甲集团军的猛烈反击。2月3日被围德军打通了与外界的联系，2月5日第20集团军反被莫德尔的德第9集团军包围并很快被歼，弗拉索夫又一次逃出。
尽管莫斯科保卫战最后苏军没能完全胜利，弗拉索夫仍以战绩优异获红旗勋章、中将军衔。后弗拉索夫在防守瓦尔代地区时，由于斯大林决策失误发起全线反击，又被德军包围；但他指挥部队成功突围，得到斯大林赞赏，甚至一度被考虑出任斯大林格勒战线总指挥，后因列宁格勒方向吃紧而作罢。
被俘
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主条目：柳班战役
1942年3月弗拉索夫出任沃尔霍夫方面军司令梅列茨科夫的副手，支援列宁格勒。4月代重病的克雷科夫出任第2突击集团军司令，此时第2突击集团军受德军半包围，战斗力不足，不可能“突击”，5月下旬苏军最高统帅部大本营决定让第2突击集团军突围，但为德军获悉，第2突击集团军被完全包围。
斯大林钦点华西列夫斯基到前线救援弗拉索夫，第2突击集团军一度获德军缺口而转移了大量伤员，但不久就再次被围并被歼，7月12日弗拉索夫被俘，据说当时已经瘦得走不动了。
苏联方面对于第2突击集团军的突围的记载大多称，弗拉索夫在组织突围时毫无作为，苏联甚至开始认为他失踪了。