В ноябре 1941 года 4-я бригада была преобразована в 1-ю гвардейскую танковую бригаду. Гвардейцы-танкисты защищали Москву на Можайском, а затем на Волоколамском направлениях, контрнаступали под Москвой, освобождая города и населенные пункты.
Эта бригада стала родоначальницей танковой гвардии, а самого командира, который водил ее в бой, называли первым танкистом-гвардейцем.
В апреле 1942 года генерала М. Е. Катукова и комиссара бригады М. Ф. Бойко вызвал к себе начальник Главного автобронетанкового управления Красной Армии генерал Я. Н. Федоренко.
— У меня для вас приятная новость, — сказал Яков Николаевич. — Приказом наркома вы, Катуков, назначаетесь командиром первого танкового корпуса, а товарищ Бойко — комиссаром.
После сформирования и боевого слаживания 1-й танковый корпус прибыл в состав войск Брянского фронта. Боевое крещение он получил 30 июня 1942 года, когда нанес контрудар во фланг и тыл вклинившейся группировке противника во взаимодействии с 16-м танковым корпусом.
Сначала все шло по плану. Мощным ударом из района Жерновка — Овечий Верх — Никольское при поддержке всех огневых средств корпуса танкисты смяли передовые фашистские части и продвинулись вперед на 4–5 километров. Но ко 2 июля обстановка резко изменилась. Противник подтянул танки и артиллерию. На горизонте появилась туча фашистских бомбардировщиков — 75 самолетов. Артиллерия врага вела огонь прямой наводкой по нашим танкам. Части 1-го танкового корпуса держали оборону, стояли насмерть на удерживаемых рубежах.
Ожесточенные бои пришлось вести за каждую высоту, за каждое село. В эти дни танкисты сутками не вылезали из машин и дрались с невероятным упорством. И они выстояли…
В середине августа 1942 года пришел приказ: 1-му танковому корпусу войти в резерв Ставки Верховного Главнокомандования и сосредоточиться южнее Тулы. Штаб корпуса размещался в деревне Горюшино. Здесь Катуков получил приказ: 17 сентября явиться в Кремль на прием к Верховному Главнокомандующему. И. В. Сталин объявил генералу М. Е. Катукову о назначении его командиром 3-го механизированного корпуса, который по решению Ставки ВГК предназначался для боевых действий в районе Калининской области. На формирование корпуса отводилось очень мало времени.
Все командиры понимали, что главные события будут развиваться в районе Сталинграда, им же предстояло участвовать в Ржевско-Сычевской наступательной операции войск Калининского и Западного фронтов. Личный состав вновь сформированного корпуса под командованием генерал-майора танковых войск М. Е. Катукова справился с поставленной задачей.
В январе 1943 года Катуков вновь был вызван к Верховному. И. В. Сталин объявил ему о принятом решении сформировать танковое объединение — 1-ю танковую армию. Он также поздравил Михаила Ефимовича с присвоением ему звания генерал-лейтенанта танковых войск.
В битве под Курском генерал М. Е. Катуков во главе 1-й танковой армии прикрывал особо важное обоянское направление, где противник сосредоточил более тысячи танков, поддерживаемых авиацией, чтобы мощным танковым тараном осуществить бросок на Курск.
В ожесточенных оборонительных боях на Курской дуге танкисты 1-й танковой армии ярко проявили свое возросшее боевое мастерство, а их командующий — свое полководческое искусство. После оборонительного сражения 1-я танковая армия перешла в контрнаступление, принимала участие в Белгородско-Харьковской наступательной операции, а затем и при развитии наступления к Днепру.
В 1944 году 1-я танковая армия громила врага на Правобережной Украине. Участвуя в Проскуровско-Черновицкой операции, 1-я танковая армия стремительно вышла 23 марта к Днестру, 27 марта — на р. Прут, а 29 марта — в район Черновиц. Ни реки, вышедшие из берегов, ни грязь, ни ожесточенное сопротивление врага — ничто не смогло остановить наступательного порыва катуковцев. Только за время этой операции количество Героев Советского Союза в армии увеличились на 28 человек.
Полководческий талант командарма М. Е. Катукова ярко проявился и в Львовско-Сандомирской наступательной операции, осуществленной войсками 1-го Украинского фронта в июле — августе 1944 года.
Танкисты 1-й, уже гвардейской, танковой армии стремительно вышли к Висле, форсировали ее и вместе с пехотинцами и артиллеристами при поддержке авиации захватили Сандомирский плацдарм, который был позже использован в качестве исходного района для последующих наступательных действий советских войск к границам фашистской Германии. За эту операцию в соответствии с Указом Президиума Верховного Совета СССР от 23 сентября 1944 года гвардии генерал-полковнику танковых войск Катукову Михаилу Ефимовичу было присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ему ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».