Не позднее 24 июня штаб корпуса получил приказ командующего ЮЗФ на выдвижение соединения в район Кременец. Туда же направлялась 14-я кавалерийская дивизия с управлением 5-го кавалерийского корпуса и 146-я дивизия 36-го стрелкового корпуса. Возможно, в этом районе командование фронта предполагало создать против острия немецкого наступления контрударную группу для перелома общей ситуации и свою пользу.

24-му механизированному корпусу предстояло проделать 100 километровый марш от Проскурова на Кременец в условиях почти полного отсутствия автотранспорта, изношенности имевшейся техники и под воздействием авиации противника. Когда противник 26 июня вышел на ближние подступы к Кременцу, 24-й корпус был все еще в 60 километрах от города, совершая марш в пешем строю, атакуемый немецкими самолетами.

К исходу 26 июня соединения достигли следующих районов: 216-я моторизованная дивизия — Антоницы, Кульчицы (25 км западнее Староконстантинова); 45-я танковая дивизия — Черный Остров, Войтовцы; 49-я танковая дивизия — Кривачинцы, Бокиевка. Обе дивизии находились в 35–40 км западнее Проскурова. В течение следующего дня соединения корпуса прошли еще 25–30 километров и достигли района Базалия, Александрия.

За это время обстановка на фронте значительно усложнилась. противник вышел к Ровно и Острогу. Командующий Юго-Западным фронтом, по-прежнему полагавший, что немецкая танковая группа повернет на юг, в тыл войскам 6-й и 26-й армий, стал создавать на линии Староконстантинов, Кузьмин, Базалия, Новый Вишневец отсечный рубеж фронтом на север, который должны были занять последние резервы фронта — 199-я стрелковая дивизия (полковник А. Н. Алексеев), 24-й механизированный корпус и три противотанковые артиллсрийские бригады (2-я, 3-я и 4-я).

Сосредотачиваясь на указанной линии, главные силы корпуса к утру 29 июня 1941 года вышли в район Лановцы.

2 июля противник неожиданно овладел Тарнополем, опередив и так быстро отходящие советские войска. Создалась реальная угроза беспрепятственного продвижения немцев на Проскуров и разгрома тылов 26-й и 12-й армий. Командующий фронтом генерал-полковник Кирпонос днем 2 июля развернул 24-й мехкорпус на юг для занятия Проскуровского укрепленного района на рубеже Авратин, Волочиск, Каневка, подчинив его командующему 6-й армии. Корпус имел своей задачей, прочно занимая оборону, обеспечить отход войск 6-й и 26-й армий. Севернее, на линию укрепленных районов, выходил 49-й стрелковый корпус двухдивизионного состава, направленный сюда еще 1 июля 1941 года.

Совершив 50-километровый переход из района Лановец, основные части 24-го корпуса вышли на указанный рубеж только к исходу 3 июля и к началу боев не успели подготовить оборону в долговременных сооружениях укрепленного района.

Через боевые порядки корпуса отходили разбитые соединения 6-й армии, в том числе остатки 4-го, 8-го и 15-го механизированных корпусов. Они сосредотачивались в тылу 24-ro корпуса и приходились в порядок. Отходящие подразделения, проходившие через боевые порядки 24-го мехкорпуса, деморализующе действовали на личный состав соединения, 80 % которого составляли необученные новобранцы.

Из состава отходивших кратковременно выделялись небольшие мобильные отряды для сдерживания противника на подступах к укрепленному району и усиления соединений 24-го мехкорпуса. Так, 10-я танковая дивизия в связи с огромной забитостью переправ через реку Збруч у Подволочиска войсками и техникой весь день 3 июля 1941 года вела бои по сдерживанию противника на подступах к реке. Дивизия отошла только к вечеру, уничтожив за собой переправу. Эти действия позволили 24-му мехкорпусу организованно выйти на линию укрепленного района по реке Збруч в районе Волочиска.

4 июля 24-й корпус вместе со своим участком обороны был передан в состав 26-й армии, которая имела задачей оборонять фронт Авратин, Волочиск, Гржымалов; не допуская прорыва противника на Старо-Константинов и на Проскуров.

Оперативная сводка штаба Юго-Западного фронта от 5 июля 1941 года сообщает, что 24-й мехкорпус под давлением незначительных сил противника к утру того же дня оставил Волочиск. Затем корпус получил приказ восстановить положение по линии реки Збруч. По-видимому, кроме общей слабости соединения в материально-техническом оснащении и общей низкой обученности личного состава, причинами оставления укрепленного района на старой границе были отсутствие твердого руководства войсками на этом направлении. На линии Волочиск — Проскуров находилось достаточно войск и штабов из остатков отходивших соединений 6-й армии. Тем не менее, для восстановления положения корпус никакого усиления не получил.

Утром 6 июля 1941 года в связи с прорывом укрепленного района вся 26-я армия получила разрешение фронтового командования на отход на линию Кульчины, Копачевка. 24-й мехкорпус, не испытывая сильного давления противника, до утра 7 июля 1941 прикрывал отход армии на рубеже Купель, Рабиевка, Войтовцы. В течение 7 июля нажим немцев на корпус усилился. Пехота противника, усиленная танками, с рубежа Клинины, Войтовцы, Рациборовка атаковал боевые порядки советских войск. 49-я танковая дивизия к 10 часам вынуждена была отойти на рубеж Зеленая, Криштофовка. 45-я и 216-я дивизии смогли удержать прежние позиции. Для восстановления положения командир корпуса генерал-майор Чистяков поставил задачу 216-й моторизованной дивизии ударить в направлении Войтовцы.

26-я армия к исходу 8 июля 1941 года должна была отойти на Остропольский укрепленный район, проходящий по линии Купчипцы (20 км севернее Острополя), Храбузин, Мартыновка, Райки, Ладыги, Бабин, Старая Синяка, прочно занять и оборонять линию железобетонных укреплений. 24-му корпусу была поставлена задача — следуя в полосе: справа — граница армии, слева — Черный Остров, Западницы, (иск.) Лажава, Острополь, к исходу 8 июля 1941 года выйти в резерв армии и сосредоточиться в районе Липно, Любар, Гриновцы, Михайловка. При отходе предписывалось последовательно оборонять отрядами прикрытия промежуточные рубежи: Манчинцы (15 км северо-западнее Николаева), Николаев, Жабче (12 км севернее Староконстантинова), Староконстантинов. Штаб корпуса иметь в Матрунках, в последующем — район Любар. При невозможности по обстановке движения тылов через Староконстантинов, автотранспорт следовало направить по маршруту Николаев, Меджибож, Летичев, Хмельник, Уланов, Любар.

В ночь на 8 июля части корпуса начали отход в направлении Любар. К 6 утра 216-я моторизованная дивизия прошла Николаев и продолжила отход на восток.

7 июля противник овладел Бердичевым, советскими войсками был оставлен Любар. 26-я армия получила задачу оборонять район Остропольского УР на рубеже Острополь, Старая Синяка, Новоконстантинов, Летичев, не допуская противника в направлении Бердичев, Казатин с востока. 24-й мехкорпус, который так и не был выведен в резерв, получил задачу совместно с двумя дивизионами 2-й противотанковой артиллерийской бригады к исходу 9 июля 1941 года выйти и прочно оборонять рубеж (иск.) Юзефовка, Летичев, не допуская прорыва противника в восточном направлении. Корпусной резерв сосредотачивался в районе Куриловки, штаб корпуса — в лесу восточнее Педосы Шляховые.

К вечеру 10 июля 24-й МК передовыми частями вышел на реки Иква и Буг и занял оборону на участке: (иск.) Старая Синява, Летичев. Штаб корпуса расположился в населенном пункте Углы. 216-я моторизованная дивизия передовыми отрядами заняла переправы по реке Иква на участке: (иск.) Старая Синява, река Буг. Остальные части дивизии сосредотачивались в лесу в 5 км восточнее Старой Синявы. 49-я танковая дивизия передовыми отрядами заняла переправы через реку Буг на участке от устья Буга до Летичева. Ёе главные силы сосредоточились и районе Новоконстантинова. Штаб дивизии располагался в лесу в 5 км восточнее Сусловцы. 45-я танковая дивизия находилась на марше в район сосредоточения Лука, Березовка, Дяковцы. Дальнейшая задача дивизии состояла в прикрытии летичевского направления. Штаб дивизии находился в Россоховате. 17-й мотоциклетный полк и другие корпусные части сосредотачивались в районе Лозовой.