В конце октября 1941 года 20-я горно-кавалерийская дивизия была передислоцирована из Среднеазиатского военного округа на Западный фронт. 25 октября 1941 года дивизия вступила в битву под Москвой. Директивой Ставки ВГК от 12 ноября 1941 года с 12.00 12 ноября 20-я горнокавалерийская дивизия в районе Солнечногорска была передана из резерва Верховного Главнокомандования в состав войск Западного фронта. 14 ноября 1941 года 20-я горнокавалерийская дивизия была передана из резерва Западного фронта в состав 16-й армии. Дивизия действовала на солнечногорском направлении. В 9.30 18 ноября 1941 года дивизия вышла на рубеж Медведково — Пристанино — Аксеново, где и заняла оборону. 19 ноября 1941 года дивизия вступила в бой на клинском направлении. В последующих боях дивизия отражала наступление превосходящих сил немецко-фашистских войск в районах Солнечногорска и станции Крюково. 19 ноября 1941 года дивизия совместно с 8-й гвардейской стрелковой дивизией вела упорные бои с противником на рубеже Медведково — Аксеново. С утра 21 ноября 1941 года дивизия вела бои с противником на рубеже Филатово — Кадниково — Савино. 22 ноября 1941 года дивизия, выбила контратакой противника из района Нагово, удерживала рубеж Нагово — Савино. 1 декабря 1941 года дивизия вошла в состав 2-го гвардейского кавалерийского корпуса генерал-майора Л. М. Доватора. 1 декабря 1941 года дивизия совместно с 4-й гвардейской кавалерийской дивизией сосредоточилась в районе Казарьево — Джунковки. 2 декабря 1941 года 2-й гвардейский кавалерийский корпус был выведен в армейский резерв. Участвуя в контрнаступлении под Москвой, дивизия вела бои в районах Истра, Апальщина, Кубинка, Горбово и на других участках. 11 декабря 1941 года переданный из 16-й армии 2-й гвардейский кавалерийский корпус генерала Л. М. Доватора (3-я и 4-я гвардейские и 20-я кавдивизии) в первый же день наступления вводился в прорыв и ударом по тылам истринской группировки противника содействовал продвижению правого фланга армии в направлении Рузы. 30 декабря 1941 года дивизия сосредоточилась в районе Карабузино в составе 16-й армии. В январе 1942 года 20-я горнокавалерийская дивизия была переформирована в 20-ю кавалерийскую дивизию. В августе 1942 года в составе 20-й армии дивизия участвовала в Ржевско-Сычевской наступательной операции. В последующем совершала смелые рейды по тылам противника в районах городов Гжатск, Сычёвка, Ржев, Белый. С ноября 1942-го по январь 1943 г. кавалеристы провели рейд по немецким тылам на глубину 380 км.