21 июня 1941 года корпус находился в Резерве Главного Командования. Управление корпуса и управление 15-й моторизованной дивизии находились в г. Тирасполе, управление 11-й танковой дивизии находилось в г. Кишинёве Молдавской Советской Социалистической Республики, управление 16-й танковой дивизии в г. Балте Украинской Советской Социалистической Республики.
С 22 июня по 7 августа 1941 года корпус участвовал в Великой Отечественной войне советского народа против захватчиков гитлеровской Германии и её союзников, в частности Румынии.
25 июня вечером состоялся первый бой корпуса. 1-й батальон 22-го танкового полка 11-й танковой дивизии (командир батальона капитан Гаврилов) и одна рота 11 мсп атаковали противника в направлении с. Петрешты.
С 25 июня корпус в составе 9-й отдельной армии вошёл в состав Южного фронта.
До 10 июля корпус вёл боевые действия на территории Молдавии. 10 июля корпус был выведен в резерв фронта.
18 июля 2 мк выбыл из состава 9-й армии и начал марш в район г. Умани.
В конце июля — начале августа корпус вёл боевые действия в районе г. Умань в окружении в составе войск 12-й армии.
7 августа 1941 года корпуса как боевой единицы уже не существовало.