Фрунзе и был направлен в Новосибирск, где командовал 27-й бригадой войск НКВД СССР по охране железнодорожных сооружений.

По своей организационной структуре дивизия отличалась от соединений Красной Армии. Первоначально в ее состав входили: 269, 270, 271, 272 и 273-й стрелковые полки, 227-й и 249-й конвойные полки, рота боевого обеспечения, медико-санитарная рота, 79-й пограничный полк войск НКВД по охране тыла действующей Красной Армии, 91-й полк по охране железных дорог, 1-я и 3-я роты 56-го полка по охране железных дорог, а также 751, 924, 1178, 1180, 1185, 1189, 1190, 1191, 1192, 1193, 1198, 1287, 1288, 1289 и 1290-я отдельные роты правительственной связи, 73-й отдельный БЕПО (бронепоезд) и 226-й отдельный батальон НКВД.

По штату все полки состояли из трех стрелковых батальонов, 4-орудийной батареи 45-мм противотанковых пушек, минометной роты (четыре 82-мм и восемь 50-мм минометов) и роты автоматчиков. В свою очередь в каждый стрелковый батальон входили по три стрелковых роты, вооруженных в основном винтовками Мосина и карабинами, и пулеметный взвод, вооруженный четырьмя станковыми пулеметами «Максим».

Первым в Сталинград прибыл 272-й комсомольский полк, который формировался в Иркутске. 271-й полк формировался в Свердловске, 269-й и 270-й — в Сталинграде согласно мобилизационному плану аппарата УНКВД по Сталинградской области. В связи с этим в ряды их личного состава на правах маршевого пополнения была направлена большая группа сотрудников местных подразделений органов внутренних дел и госбезопасности. 273-й полк был сформирован в Новосибирске и укомплектован кадровым составом соединения войск НКВД, которым ранее командовал полковник Сараев. В первой половине августа в состав дивизии влился новый 282-й стрелковый полк из Саратова, укомплектованный личным составом бывших пограничных застав и подразделений внутренних войск центральной части России. Он сменил убывший 273-й полк.

Уже в феврале 1942 года подразделения дивизии выступили на охрану правопорядка в оперативном тылу Юго-Западного фронта. 273-й полк дислоцировался в районе станицы Новоанненской, 269-й — в самом Сталинграде, 270-й, 271-й и 272-й — в южных пригородах Сталинграда. С 17 по 22 марта 269-й, 271-й и 272-й полки приняли участие в операции по зачистке Сталинграда от уголовников, шпионов и дезертиров под общим руководством заместителя наркома внутренних дел СССР комиссара госбезопасности 3-го ранга Ивана Александровича Серова.

В апреле 91-й стрелковый полк войск НКВД СССР по охране железных дорог приступил к несению боевой службы по охране следующих железнодорожных участков: Сталинград — Лихая (длина 381 км), Сталинград — Сальск (400 км) и Сталинград — Филоново (283 км).

В мае из-за катастрофы под Харьковом, где в результате действий Хрущёва и Тимошенко окруженные части Красной Армии оказались заперты на небольшом пространстве площадью 15 км2 в районе Барвенково, стало возможным стремительное продвижение немцев на Воронеж и Ростов-на-Дону с последующим выходом к Волге и на Кавказ (операция «Fall Blau»). 7 июля немцы заняли правобережье Воронежа. 4-я танковая армия Гота повернула на юг и стремительно двинулась на Ростов между Донцом и Доном, громя по дороге отступающие части Юго-Западного фронта маршала Тимошенко, которые степными просторами стекались на восток в полнейшем беспорядке.

В первой половине июля гарнизоны 91-го полка НКВД, дислоцированные на линии Сталинград — Лихая, один за другим вступали в неравный бой с прорвавшимся противником. В частности, в течение неполной недели они обороняли вверенные им объекты по охране моста через Дон «280-й километр» и моста через реку Чир, что позволило переправиться на противоположный берег плотному потоку из отступающих военнослужащих Красной Армии и беженцев.

12 июля был создан Сталинградский фронт. В него вошли 62-я, 63-я и 64-я армии, сформированные 10 июля 1942 года на базе соответственно 7-й, 5-й и 1-й резервных армий из Группы армий Резерва ВГК, Волжская флотилия и гарнизон Сталинграда — 10-я стрелковая дивизия внутренних войск НКВД СССР. Фронт получил задачу прочно оборонять рубеж по реке Дон, не пропустить противника к Волге.

17 июля авангарды 6-й немецкой армии Паулюса достигли передовых отрядов 62-й и 64-й армий, началась Сталинградская битва. По приказу заместителя наркома внутренних дел Серова и начальника УНКВД по Сталинградской области Воронина 23 июля части 10-й дивизии НКВД были отведены для несения патрульной службы в Сталинграде. «Воины дивизии несли охранную службу на въездах в город, на переправах через Волгу, патрулировали улицы Сталинграда. Все эти мероприятия позволили сохранить четкий трудовой ритм и революционный порядок, привести город в боеготовность. Много внимания уделялось боевой подготовке. Мы поставили перед собой задачу в короткий срок подготовить бойцов дивизии к ведению боя с сильным, технически оснащенным противником», — вспоминал командир дивизии Александр Андреевич Сараев. Общая численность дивизии на 10 августа 1942 года составляла 7568 штыков.

В первых числах августа 4-я танковая армия Гота, первоначально наступавшая на Кавказ, изменила направление удара и перешла в наступление на Сталинград. Немцы наступали с юга вдоль железной дороги от станции Абганерово на Красноармейск, южнее которого создавалась угроза их прорыва к Волге. Именно сюда были брошены все имеющиеся резервы советского командования.

Однако, не позволяя стабилизировать фронт, немцы тут же нанесли удар силами 6-й армии Паулюса в излучине Дона, где 8 августа западнее Калача-на-Дону сомкнулись «клещи» XIV (командующий Густав Антон фон Витерсхайм) и XXIV (командующий барон Вилибальд фон Лангерман унд Эрленкамп) танковых корпусов, и оборонявшиеся на западном берегу Дона части и соединения 62-й армии (более 30 тыс. человек) оказались в окружении. Как пишет Алексей Исаев, «немцы методично перемалывали окруженных. К 23.00 13 августа из окружения вышли только 160 человек батальона связи 229-й дивизии и 27 человек из состава 147-й стрелковой дивизии во главе с командиром генерал-майором Вольхиным». В оперативной сводке № 90 штаба 62-й армии к 18.00 14 августа говорилось: «Новых сведений о положении 33 гв., 181, 147, 229-й сд не поступило. Отдельные мелкие группы переправлялись на восточный берег р. Дон в полосе 131-й и 112-й сд». К 15 августа плотно обжатые со всех сторон дивизии 62-й армии были уничтожены — это к вопросу о том, почему в Сталинграде предстояло обороняться только чекистам. Больше на тот момент там просто никого не было, а 62-ю армию, которую 12 сентября возглавил генерал-лейтенант Василий Иванович Чуйков, практически создавали заново.

22 августа к 7.30 утра 6-я армия Паулюса форсирует Дон на рубеже Песковатка — Вертячий и захватывает плацдарм на его восточном берегу в 60 км от Сталинграда. В течение дня на восточный берег Дона переправились 44, 76, 295, 305, 394 и 389-я пехотные дивизии. В ночь на 23 августа к ним присоединились три дивизии XIV танкового корпуса. Ранним утром 23 августа все эти соединения веером разошлись с плацдарма.