Формировалась весной 1942г. в Сталинградском ВО (по другим данным в Алма-Ате). До мая 42г. участия в боевых действиях не принимала. Первой и последней операцией 266сд второго формирования стала неудачная Харьковская наступательная операция 1942г..

Дивизия вошла в состав 6А ЮЗФ готовившегося к наступление на Харьков с Барвенковского плацдарма. К началу мая 42г. дивизия насчитывала 11145чел., 36 орудий, 156 минометов, 18 орудий пто.

Утром 12 мая 6А перешла в наступление на Харьков. Оборона немецких войска оказалась прорванной. 266сд вместе с 38тбр, 116ап, 591лап и 375гап вместе с правофланговой 411сд успешно прорвав оборону противника в р-не. х. Рыковский овладела Грушино и продолжала наступать на х. Карачевский. К 15 мая дивизия продвинулась до реки Орель в районе д. Марьевка, а к 16 мая вышла к р. Берестовая в районе Мелиховки и захватила переправы через реку. Авиация противника постоянно подвергала налетам группами по 20-30- самолетов боевые порядки наступающих наших войск. Отступающим немецким войскам удалось уничтожить переправы через р. Берестовая и захватить их на плечах немецких войск не удалось. Однако утром 16 мая дивизия полностью овладела Мелиховкой и переправы были восстановлены. Продолжая наступать в северном направлении были захвачены высоты севернее реки.

С захватом переправ на р. Берестовой возникли условия для ввода в бой танковых корпусов подтягивающихся в линии фронта. 266сд являлась наиболее успешно продвигавшейся в с-з направлении дивизией и 23ТК Пушкина должен был вводится на ее участке.

С утра 17 мая в бой были введены танковые корпуса. 266сд продвигаясь за 23ТК вышла на подступы к Староверовке. 18 мая наступая вслед за танковыми бригадами корпуса Пушкина полки дивизии достигли н.п. Караванское и Стулеповка.

После прорыва немецкой ударной группы в районе Барвенково наступление ЮЗФ было прекращено, а танковые корпуса выведены из боя и направлены к району прорыва. 266сд продолжала обороняться в течении 19-22 мая на достигнутом рубеже, отражая атаки немецких войск. К вечеру 22 мая кольцо окружения вокруг наших войск в Барвенковском выступе сомкнулось, а с 23 мая все дивизия оставив свои позиции выдвинулась в район с. Лозовенька, где окруженные части объединенные под командованием генерал-лейтенанта Костенко Ф.Я. готовились к прорыву из окружения.

Перемешавшиеся и лишенные управления окруженные части скопились в течении 24-25 мая в районе западнее Лозовеньки, откуда в течении 26 мая пытались пробиться на восток к переправам через Сев. Донец. Удалось это немногим. В боях по прорыву из окружения 266сд была разбита. Командир ее полковник Тованцев А.И. попал в плен. Служил в РОА Власова, после войны казнен.