В своих воспоминаниях Людников отмечал, что рядовой состав нового соединения составили не только солдаты-срочники, но и прибывшие на переподготовку резервисты, которых обычно призывали в августе — сентябре, а в этот раз сборы были назначены на период с 15 мая по 1 июля. Это очень важное свидетельство, указывающее на то, что командованием Красной армии принимались меры к комплектованию новых частей, дислоцированных в пограничных районах, до штатной численности. В результате этого в кратчайшие сроки были созданы соединения, которые в первые месяцы начавшейся вскоре войны оказали серьезное сопротивление немецким войскам и с первых дней вторжения не только сорвали планы агрессора, но и сумели нанести ему большой урон.
Шестнадцатого июня 1941 года в штаб дивизии из округа пришла директива с предписанием не позднее утра 28 июня в полном составе сосредоточиться в 15 километрах северо-восточнее Ковеля. Переходы следовало осуществлять скрытно, в основном ночью, чтобы не быть обнаруженными немецкими самолетами, ежедневно совершавшими полеты над нашей территорией. Сбивать их нашим частям запрещалось. Через два дня дивизия начала пешее выдвижение в указанный район, со всей артиллерией, за исключением зенитной и противотанковой — прибытие орудий которой задерживалось. Это обстоятельство крайне тревожило Людникова. Личный состав дивизии был уверен, что им предстоят очередные учения. В ночь на 22 июня предстоял четвертый переход, который в связи с нелетной погодой было решено начать и закончить раньше, чтобы дать возможность личному составу отдохнуть.
В два часа ночи Людников вместе со штабом прибыл в намеченное загодя место сбора у реки Стырь. Еще не подошли дивизионные колонны, как в воздухе раздался приближающийся с запада низкий гул самолетов, не похожий на тот, что издают наши тяжелые бомбардировщики ТБ-3. Теряясь в догадках, офицеры обсуждали, что же это могло означать, отгоняя самые мрачные предположения. Однако в пятом часу утра вновь послышался шум авиамоторов и несколько самолетов с крестами на крыльях сбросили бомбы в расположение дивизии. Сомнения отпали — немецкие войска совершили нападение. Однако из-за отсутствия связи со штабом корпуса Людников и его подчиненные еще не знали истинных масштабов случившегося — это наглая провокация или же полномасштабная война?
Когда в шесть утра удалось связаться с командиром 31-го стрелкового корпуса генерал-майором А. И. Лопатиным, выяснилось, что и он не имеет точной информации о происходящем. И только в два часа дня Лопатин сообщил Людникову о том, что началась война. Вечером из штаба корпуса был получен боевой приказ — занять оборону на восточном берегу реки Стырь. В первом бою с захватчиками 28 июня Людников находился на КП одного из полков. Здесь они впервые увидели, как немецкая пехота наступала не спеша, в полный рост, не ожидая, видимо, серьезного сопротивления. Огнем артиллерии и в ходе контратаки четыре немецкие роты были уничтожены за полчаса. 200-я дивизия до 6 июля удерживала свой рубеж, отбивая атаки пехоты и танков врага. К этому времени противник углубился в тыл дивизии на левом фланге на 60 километров, и командир корпуса приказал Людникову оставить занимаемые позиции и отойти к Костополю.
На протяжении многих недель лета 1941 года противник за счет использования больших масс механизированных и танковых войск осуществлял прорывы на флангах или на стыках обороняющихся советских частей и угрозой окружения вынуждал их отступать. В связи с господством в воздухе немецкой авиации, наносившей непрерывные удары, наши соединения несли потери не только в ходе оборонительных боев, но и во время отхода на новые рубежи.
В составе 31-го стрелкового корпуса 5-й армии генерал-майора М. И. Потапова 200-я дивизия под руководством Людникова 40 дней умело сражалась в Коростеньском укрепленном районе. Грамотно выстроенная оборона, маневрирование своими частями и своевременное взаимодействие с артиллерией позволяли бойцам Людникова не только упорно обороняться, но и неожиданными для врага контратаками наносить ему большой урон в живой силе и технике. За проявленную стойкость и успешные действия в ходе боев на Коростеньском рубеже главнокомандующий войсками Юго-Западного направления маршал Советского Союза С. М. Буденный объявил дивизии благодарность.
Два месяца непрерывных боев в условиях, когда вермахт имел подавляющее преимущество в пехоте, артиллерии, танках, не говоря уже об авиации, дались дивизии Людникова очень тяжело. В августе, когда пришлось обороняться уже под Черниговом, в ней осталось менее половины от первоначального состава. А впереди предстояли бои с крупными танковыми соединениями немцев, стремившимися окружить войска Юго-Западного фронта.
Здесь, в лесах Черниговщины, уже полным ходом шло формирование партизанских отрядов. Людников вспоминал о встрече с руководителями партизанского движения, которые просили помочь им оружием и боеприпасами. Несмотря на то, что дивизия уже совсем скоро, как явствовало из имеющихся данных о противнике, будет сражаться с превосходящими силами противника, а пополнение боезапаса не ожидается, ввиду глубокого охвата немцами нашей обороны и блокирования тыловых коммуникаций, Людников выполнил просьбу будущих подпольщиков. После чего одни отправились в леса, а 200-я дивизия — готовиться к обороне. Вот она — суровая правда военных будней комдива, когда обстоятельства требуют принятия таких решений, о которых еще вчера было даже невозможно подумать, когда важен не только трезвый расчет, но и боевое братство, потому что и полуокруженная армия, и партизаны оказались у черты, где погибают и побеждают только вместе.
Удар в направлении Чернигова, который наносили четыре немецкие дивизии, пришелся на ослабленные боями 62-ю и 200-ю дивизии. Противнику удалось рассечь дивизию Людникова на две части. Один полк вместе с частью штаба, с которым находился Людников, и отдельными подразделениями оказался в окружении. Для любого командира нет хуже ситуации, чем расчленение руководимого им соединения, грозящее потерей управления и уничтожением по частям. Людников организовал оборону, а с наступлением темноты его частям удалось прорвать кольцо окружения и вместе с другими полками дивизии оторваться от противника и переправиться через Десну.
Двенадцатого сентября 1941 года во время налета немецкой авиации на КП дивизии в результате прямого попадания было убито несколько командиров и бойцов, ранен комиссар дивизии В. М. Прянишников, а Людников получил тяжелое ранение и контузию. Очнулся он только через пять часов в медсанбате. Придя в себя, он первым делом спросил о том, что происходит в его дивизии. На КП армии, куда он был доставлен по его просьбе, ему сообщили, что дивизия отходит, но продолжает обороняться. Более тревожной стала новость о полном окружении гитлеровцами войск Юго-Западного фронта. Лично для Людникова это означало, что эвакуация раненых в тыл теперь возможна лишь по воздуху. На следующий день его перевезли на КП фронта.
О том, что Людников и комиссар его дивизии ранены и находятся на КП, было доложено командующему фронтом генерал-полковнику М. П. Кмрпоносу, знавшему Людникова с довоенных времен. В своих воспоминаниях Людников отмечал, что Кирпонос спас жизнь ему и Прянишникову, распорядившись отправить их из окружения на последних транспортных самолетах По-2. Спустя два дня, при попытке выйти из окружения, генерал Кирпонос погиб вместе почти со всем управлением штаба Юго-Западного фронта около местечка Лохвицы. В этом бою был тяжело ранен и попал в плен М. И. Потапов — командующий 5-й армией, в которую входила 200-я дивизия. Ему было суждено пройти через немецкие лагеря, но он выжил и после войны продолжил службу в Советской армии.
Лечение Людникова проходило в Казани и затянулось до конца октября 1941 года. 28 октября он получил телеграмму из Главного управления кадров Наркомата обороны с предписанием после выздоровления прибыть в Куйбышев для нового назначения. Стремясь как можно скорее попасть на фронт на командную должность, Людников отказался возглавить оперативный отдел штаба 7-й армии, а также принять командование дивизией, которая только должна была формироваться в Сибири, вдали от главных событий. Ему удалось добиться назначения командиром стрелковой бригады, сформированной в Грозном на базе военных училищ Северо-Кавказского военного округа. Главным при этом для Людникова явилась высокая готовность соединения к отправке на фронт.
