Вечером в район Вильбовного прибыли инженерный батальон и 404-й артиллерийский полк. Согласно приказу комдива-109 полк разместился на огневых позициях: 1-й дивизион — на берегу Горыни у села Вильбовное; 2-й дивизион — на опушке Курганинского леса южнее Могилян; 3-й дивизион — в лесу восточнее Вильбовного.

Инженерный батальон, пребывший без технических средств для наведения переправ (два эшелона батальона выгрузились на станции Орша к 29 июня), был отправлен командиром дивизии в район Могилян с задачей оборонять железнодорожный мост и не допустить прорыва Противника в тыл дивизии.

В течение ночи с 27 на 28 июня по приказу полковника Сидоренко части и подразделения дивизии произвели пеpегруппировку сил для нового наступления. В связи с возможным прорывом противника на Могиляны и выхода его в тыл дивизии 2-й батальон 602-го полка был переброшен к железнодорожному мосту через Горынь в 4 км северо-восточнее Могилян. 1-й и 3-й батальоны выдвинулись к Вилии в готовности наступать на Острог.

Немцы дали возможность полку переправиться через Вилию и подойти вплотную к окраинам города, после чего открыли артиллерийский и пулеметный огонь, применили танки. Наступление 381-го полка приостановилось. Чтобы обеспечить его продвижение в бой вступил 404-й артполк. Артиллеристам удалось подавить многие батареи и пулеметные точки противника, что помогло 381-му полку ворваться в город и начать продвижение к центру.

Немцы вводили в бой все новые подкрепления. Сильное сопротивление заставляло батальоны 109-й залечь или отходить, однако до самого вечера полк вел бой за Острог с переменным успехом. Лишь с наступлением темноты 381-й мотополк отошел за Вилию.

С утра 28 июня и весь день продолжали бой батальоны, окруженные в Остроге (орб и 2-й мсб).

Взвесив обстановку, сложившуюся к исходу дня, комдив решил нанести удар севернее Острога. Для прикрытия города с востока был оставлен небольшой заслон с одной батареей артполка. Остальные подразделения, совершив марш через село Вильбовное, разъезд Бадиевский, село Могиляны и переправившись через Горынь, заняли исходное положение на северной окраине села Бродивское.

С 29 по 2 июля подразделения 109-й моторизованной дивизии вели тяжелые оборонительные бои за села Розваж, Хорив и Бродивское. 381-й полк, поддерживаемый огнем 404-го артполка, несколько раз переходил и контратаки и дважды достигал северной окраины Острога, но с потерями вынужден был отходить на исходные рубежи и вести оборонительные бои.

Положение дивизии становилось критическим. поддерживаемые огнем 404-го артиллерийского полка и бронепоезда, остатки 381-го моторизованного полка и другие подразделения дивизии вышли из полуокружения. В это время застрелился подполковник Подопригора.

Так и не смогли пробиться окруженные в Остроге батальоны, они были почти полностью уничтожены немцами. Удалось выйти только отдельным бойцам.

Чтобы не оказаться зажатыми в клещи в районе Бродивского, полковник Сидоренко приказал 1 июля отходить с боями на Бродивское, а затем переправиться южнее Могилян через Горынь, используя поддержку огня артполка и бронепоезда. Во время отхода подразделений в селе Розваж украинской националистской был застрелен командир 2-ro мсб 602-го мотополка капитан Морозов.

Переправившись через Горынь, дивизия к вечеру сосредоточилась в Курганском лесу с целью занять оборону у Банковского разъезда. Противник, заведя переправы через Горынь, утром 2 июля начал наступление. Но 381-й мсп, в командование которым вступил начальник штаба капитан Иванов, отбил атаки, подбив при этом 17 танков противника.

Воспользовавшись отходом немцев, 109-я мотодивизия начала отходить к разъезду Бадиевский и далее в направлении на Славуту. В этот же день дивизии пришлось выдержать еще один бой с противником, прорвавшимся к станции Кривин.

К утру 3 июля 1941 года дивизия заняла оборону на западной окраине города Славута. Здесь она вошла в группу полковника Бланка. Не успели еще подразделения окопаться, противник начал наступление на город. Не выдержав натиска, измотанная в боях, дивизия начала отход на Шепетовку.

Бои за Шепетовку начались во второй половине дня 3 июля. Южную окраину Шепетовки обороняла 109-я, северо-западную — 213-я моторизованные дивизии из группы генерал-лейтенанта Лукина. Танкам противника удалось смять 3-й батальон 381-ro мсп и выйти в тыл полка. Завязались уличные бои, продолжавшиеся и весь день 4 июля.

Последняя попытка вывести из боя на Юго-Западном фронте части 109-й и 57-й дивизий и направить их к главным силам 16-й армии была предпринята в приказе Ставки ГК № 00183 от 4 июля 1941 года. Командованию фронта предлагалось сосредоточить оставшиеся части 5-го мехкорпуса в районе Житомира и отправить в Смоленск «не позднее 15:00 8 июля».

В это время на помощь частям, оборонявшимся в Шепетовку, утром 5 июля подошли части 7-ro стрелкового корпуса (генерал-майор К. Л. Добросердов). 109-я дивизия начала отход на Полонное.

Приказом штаба 6-й армии от 5 июля 1941 года 109-я моторизованная дивизия с выходом частей 37-го стрелкового корпуса на рубеж Вербовцы должна была отходить с левого фланга 7-го корпуса в армейский резерв в район Барбаровка, Улашиновка. Срок сосредоточения устанавливался к 8 июля 1941 года.

С небольшими остатками сил 109-й моторизованной дивизии удалось продержаться у Полонного до 12 июля. В составе группы полковника Бланка (228-я и 206-я сд, 109-я мд) дивизия занимала оборону в Новоград-Волынском УРе.

12 июля 1941 года по приказу командующего Юго-Западным фронтом дивизия выводилась из боя, направлялась на переформирование в район города Золотоноша.

Дивизия совершила 350-километровый марш, неоднократно подвергаясь палатам немецкой авиации и вступая в бои с противником, быстро продвигавшимся в киевском направлении. Такие столкновения произошли возле Бсрдичева, уже занятого противником, в районе Белой Церковь и Канева.

Вышел из состава дивизии 404-й артиллерийский полк. Он из Шепетовки отходил на Житомир, принял участие в кратковременной обороне города 8 и 9 июля, затем насколько дней находился на обороне Киева. Полк был переименован в 866-й артполк и переброшен под Канев. Под Каневом дивизия переправлялась через Днепр на подручных средствах под бомбежками противника.

28 июля подразделения дивизии стали сосредотачиваться и лесах вокруг Золотоноши и размещаться и населенных пунктах: Ольхи, Коробовка, Домантово, Кадина Гора, Лепляво, Прохоровка и др. По директиве Генерального штаба от 16 июля 1941 года № 769/орг 109-я моторизованная дивизия переформирована в 304-ю стрелковую дивизию в составе 807-го, 809-го и 812-го стрелковых, 866-го артиллерийского полков и других частей и подразделений. 16 августа в район Золотоноши вышел 866-й ап.

В Белоруссии

Получив 26 июня распоряжение на переброску 16-й армии на Западный фронт уже разгрузившиеся части 5-го механизированного корпуса начали грузиться вновь. Так, 8-й мотоциклетный полк в составе 30 танков и бронемашин из Шепетовки был переброшен в Оршу. Успел разгрузиться и 13-й разведывательный батальон, отдельными подразделениями даже поучаствовавший в боях за Оструг, а также некоторые другие части. Те эшелоны 5-ro мехкорпуса, которые еще не успели прибыть на Украину, поворачивались в дороге и двигались в сторону Орши.