Дивизия формировалась согласно постановлению Государственного Комитета Обороны № ГКО-207сс от 19.07.41. о формировании новых дивизий: Утвердить следующие сроки окончания формирования стрелковых дивизий: 264 сд - ХВО - дислокация Полтава - к 24.07.41.

29 июля её начали перебрасывать в район Черкасс и Золотоноши в состав 26А которая вела бои на Каневском плацдарме. К вечеру 31 июля она закончила выгрузку из эшелонов на станции Лепляво, откуда двинулась маршем к переправе через Днепр.

4 августа дивизия в 13.00 переправилась в Каневе через Днепр, заканчивая сосредоточение в районе Копани, Малого Ржавца и Пекарей. Один полк для закрытия прорыва между 97-й и 199-й стрелковыми дивизиями выводился на рубеж Мазурцы — Синявка — Степанцы. На следующий день дивизия (без одного полка) вступила в бой на участке Степанцы — Пекари.

Утром 6 августа 264 сд заняла оборону на фронте Козаровка — Гаркавщина — Степанцы и во второй половине дня своим правым флангом вела бой с противником на участке Кругляки — Синявка.

7 августа 26-я армия перешла в наступление подвижной группой. Подвижная группа, куда входила и 264 сд (без одного полка), атаковала противостоящие мелкие группы противника. К 14.30 подразделения дивизии с ротой танков вышли в район Самородни. В это же время один полк 264 сд вместе с 227 сд оборонял рубеж Куриловка — Гарковщина. 8 августа этот полк, действовавший отдельно от остальной дивизии, был подчинён командиру 227 сд.

9 августа 264 сд занимала позиции на рубеже Нехворощ — Ситники — Самородня — Арбузино. 10 августа полк 264 сд, действовавший в районе Горкавищины, был вновь оперативно переподчинён — в этот раз 289-й дивизии. Основные силы дивизии занимали рубеж Павловка-Сотники (сев. Корсуни).

К 12 августа стало ясно, что наступление частей 26-й армии успеха не имело. Они незначительно продвинулись вперёд и были задержаны окопавшимся противником. Вечером этого дня немцы атаковали танками позиции 264 сд, после чего ей пришлось отойти на рубеж Беркозовка — Мельники — Киченцы — Арбузино — Набутов.

13 августа 264 и 196 сд с наступлением темноты отошли на рубеж Мартыновка — Поташня — Буда — Арбузино — Набутов, и к 22 часам следующего дня дивизия занимала позиции в районе Мартыновки и Поташни. 15 числа она вела бой у Луки, а в ночь на 16-е переправилась на левый берег Днепра.

На 1 сентября 264 сд продолжала укреплять позиции на восточном берегу Днепра северо-восточнее Свидовка. В ночь с 11 на 12 сентября она сменила 289 сд, заняв фронт обороны у Калеберды, Бубново и Кединовой Горы.

Вечером 14 сентября 1ТГр и 2 ТГр противника соединились в районе Лохвица замкнув кольцо окружения вокруг основных сил ЮЗФ.

18 сентября командующий ЮЗФ ген-полковник Кирпонос приказал всем окруженным армиям прорываться на восток. Командующий 26А ген-лейтенант Костенко приказал своим соединениям (301, 159, 264, 196, 116 и 97 сд) под прикрытием арьергардов оставить рубеж р. Днепр и прорываться в направлении Полтавы. Однако немецкие пехотные дивизии XIAK (125, 239, 257, 24) переправившись через р. Сула уже 18 сентября перешли в преследование отходивших частей 26А. Остатки армии Костенко к 20 сентября были зажаты в районе Оржицы, с фронта их удерживали части 16тд, а пехотные дивизии прижав остатки армии к р. Оржица добивали окруженные соединения. К 22 сентября 196 и 264 сд были отрезаны немцами от других частей и вели бои в районе Денисовки. Из окружения сумел выйти только сам командующий 26А с кавгруппой Бацкилевича. Остальные соединения 26 армии погибли.