19 июля 1941 года Государственный Комитет Обороны СССР принял постановление № ГКО-207сс «О формировании новых дивизий».

Согласно этому постановлению 301сд формировалась в ХВО в г. Миргород - к 24.07.41

Из директивы командования ЮЗН 4 стрелковые (289, 301, 284, 297) и 2 кавалерийские (34 и 37) дивизии несмотря на то, что срок готовности истек, не готовы.

Вооружение стрелковых дивизий автоматикой неполное. 301 и 284 дивизии не имеют извещения, когда и откуда инженерное имущество будет получено. Имущество связи в сокращенной норме только 27.7 отправлено из Москвы и придет к месту назначения не ранее . Обмундирование: во всех дивизиях полностью отсутствуют вещевые мешки, полотенца, портянки, стальные шлемы, плащ-палатки, котелки (кроме 301 дивизии, в которой котелков не хватает 3729 штук), поясные ремни, продуктовые сумки. Походных кухонь для каждой дивизии не хватает от 16 до 25 штук.

Считаю необходимым доложить, что сроки формирования, установленные Генеральным штабом, оказались нереальными, центральные довольствующие управления ничего не сделали для того, чтобы обеспечить формируемые дивизии материальной частью и положенным по табелю имуществом.

Прошу Вашего вмешательства в дело материального обеспечения и вооружения формируемых дивизий в Харьковском и Одесском военных округах.

Уже 3 августа по директиве главнокомандующего войсками Юго-Западного направления С.М. Будённого она была включена в состав 26А ведшей бои на Каневском плацдарме. В этот же день дивизия выступила в район сосредоточения.

4-6 августа продолжала двигаться маршем к Лепляво, к которой подошла утром 7 числа. На следующий день 26А , в состав которой входила 301 сд, получила приказ изменить направление удара подвижной группы, и вместо наступления на юг, ударить в направлении Ржищева, чтобы уничтожить каневскую группировку немцев. В результате боевых действий за день 97-я стрелковая дивизия с одним полком 301 сд вышла к с. Бобрица, а остальные части 301 сд обороняли восточный берег Днепра на рубеже Янишки – Лепляво.

После неудавшейся попытки 26-армии разгромить каневско-ржищевскую группу противника, 301 сд до 15 августа занимала оборону на фронте Янишки – Козинцы – Лепляво. 15 числа дивизия получила приказ, сдав позиции другим частям, передислоцироваться к северу на участок Гусеницы – Андруши.

11 сентября 301 сд сменила части 7-й мотострелковой дивизии и заняла оборону на фронте Процев – Рудяков – Яшники – Андруши. Через четыре дня немцам удалось замкнуть кольцо вокруг 5-й, 21-й, 26-й и 37 армий ЮЗФ. 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. Из окружения сумел выйти только сам командующий 26А с кавгруппой Бацкилевича. Остальные соединения 26 армии погибли.

Официально расформирована 27 декабря 1941 года.