1941年6月22日，纳粹德国撕毁《苏德互不侵犯条约》，兵分三路以闪电战的方式突袭苏联。7月3日，斯大林向苏联人民发表广播演说，号召全体苏联人民团结起来，全力以赴同希特勒法西斯做殊死的斗争。
战争爆发的最初几个月里，梅列茨科夫以最高统帅部大本营代表的身份，先后帮助西北方面军和卡累利阿方面军司令部工作。
1941年9月，梅列茨科夫被叫到最高统帅的办公室，斯大林正站在地图旁边。他听到脚步声，随即转过身来，迎着梅列茨科夫走了几步，说：“您好，梅列茨科夫同志！身体好吗？”
“您好，斯大林同志！我身体很好。请下达战斗任务吧！”
看着梅列茨科夫急切的眼神，斯大林走到地图跟前，详细地向他介绍了西北方面军的态势，然后要他继续以最高统帅部大本营代表的身份立即前往西北方面军协调工作。
梅列茨科夫接受任务后，当天就飞往西北方面军驻地。同行的有西方面军军事委员会委员布尔加宁和总政治部主任梅赫利斯。
这个方面军是在战争开始时组建的。当时，它编有第八、十一和二十七等3个集团军。第八集团军配置在梅梅尔至涅曼河地区，奉命抗击德军第十八集团的突击。
第十一集团军防守涅曼至拉脱维亚共和国南部边境地带，战争开始就与德军第十六集团军及德军“中央”集团军左翼的第九集团军和第三装甲集群遭遇。德军第四装甲集群企图从苏军第八和第十一集团军之间突入，沃尔霍夫方面军阵地遭德军航空兵突击，受到严重破坏。在德军优势兵力的压迫下，苏军各兵团且战且退。
8月初，遭到分割的第八集团军转向南，进入爱沙尼亚组织防御。第十一集团军由普斯科夫退往伊尔门。这两个集团军之间隔着楚德湖。西北方面军编成内的第二十七集团军，在第十一集团军以南组织防御。
继而，第八集团军经爱沙尼亚退守列宁格勒，即划归北方面军指挥。后来，第八、二十三和四十八集团军都编入8月27日成立的列宁格勒方面军。在卡累利阿和极区活动的北方面军的第七和第十四集团军，合并组成卡累利阿方面军，直属大本营。
8月底，为了封闭掩护卢加的皮亚德舍夫中将的战役集群与舍隆河之间的缺口，德军派来了第五十六摩托化军和第十六集团军的其余兵团，在西北方面军防区内重新发起进攻。
德军在洛瓦特河突破防御后，向前推进了100公里，到达谢利格尔湖附近。在波洛麦季河以东，德军建立了杰缅斯克登陆场。后来，争夺这个登陆场的激烈战斗，一直持续到1943年年底。
这就是1941年9月初，梅列茨科夫所碰到的局面。
9月9日，梅列茨科夫一行到达西北方面军。在机场上迎接他们的是西北方面军司令员库罗奇金中将和军事委员会委员什特科夫。
什特科夫是梅列茨科夫在对芬战争时的战友，他是一位机智、英勇、果敢的将军。军事委员会的另一名委员是军级政委博加特金，参谋长是梅列茨科夫的老同事瓦杜丁。他们详尽地报告了前线的情况。
苏军第二十七集团军与德军之间隔着谢利格尔湖以北的水网地带。德军在此处难以进攻，因此方面军首长已把这个方向上的部队抽调至列宁格勒附近。右翼的第十一集团军在帕尔芬诺、波拉、累奇科沃以北据守阵地。其当面德军正困在沼泽地中，没有足够的力量发起进攻。
第十一集团军的左翼和第三十四集团军的防御地段，负责掩护通往克列斯特齐、瓦尔代和博洛戈那的道路，所防守的阵地穿过瓦尔代高原下比较干燥的地方，而这正是德军最有可能突击的地域。换句话说，如果要发起进攻，这里是最容易被德军选中的地段。
从初步了解到的各个集团军的情况看，它们都遭到严重损失，兵力消耗相当大，技术兵器、武器、弹药、装备等也严重不足，只能坚守防御。因而，必须稳定防线，加固阵地，阻止德军进至上沃洛切克。梅列茨科夫知道，德军从该处极有可能迂回苏军在沃尔霍夫河防守的兵团，向雷宾斯克方向进攻，切断西北方面军与西方面军的联系。
为了防止这种情况出现，梅列茨科夫会同方面军首长拟定了一系列措施。同时，他知道，莫斯科以西正在进行激烈的战斗，最高统帅部大本营不可能抽出兵力给他们增援。
梅列茨科夫把电话打到第十一集团军司令部，找到莫罗佐夫中将了解那里的情况。莫罗佐夫回答问题时语调平静，充满信心。这表明，第十一集团军并没有遭受大的损失。该集团军的司令部当时设在累奇科沃村以西，尽管村里有德国人，但他们的通信仍然畅通。
梅列茨科夫又给诺夫哥罗德战役集群司令员科罗夫尼科夫少将打电话。得知那里的德国人也未采取大的攻击行动，情况也比较稳定。梅列茨科夫放下电话，稍稍放了心，因为方面军的整个右翼牢牢地掌握在苏军手里。
梅列茨科夫决定亲自前往第二十七集团军了解情况。当他们一行乘车来到尼科利斯基国营农场附近的方面军指挥所旁时，遇到了第三十四集团军参谋长奥泽罗夫上校。原来，该集团军司令员卡恰诺夫得知梅列茨科夫到达前线后，派他前来报告情况。但奥泽罗夫报告说，他出发后就和第三十四集团军司令部及所属大多数部队失去了联系。
梅列茨科夫立即要求随行人员调查第三十四集团军的行踪。但汇总的消息令他心情非常沉重，因为卡恰诺夫和奥泽罗夫都已有3天没有和所属部队进行直接联系了。也就是说，第三十四集团军可能已经陷入了德军的重围。
梅列茨科夫立即派一名司令部军官乘飞机经德军战斗队形上空飞往被围部队，以帮助第三十四集团军突围。这名军官在森林中发现了三十四集团军的3名指挥员，立即与他们一起，领导被围部队分成3个纵队开始突围。
经过激烈的战斗，3个纵队的摩托化步兵第一六三师、步兵第二五七师和二五九师、第二〇七军炮兵团及其火炮与物资器材，以及由集团军司令部作战处长尤金采夫上校率领的其他数个兵团的部分人员突出了重围。
9月11日，在距扎博罗维那村不远的地方，梅列茨科夫与第三十四集团军司令部的第二梯队建立了联系。这里有集团军炮兵主任贡恰罗夫炮兵少将、集团军司令员卡恰诺夫。他们两人对所属部队的情况一无所知，而且显得惊慌失措。
第二天，最高统帅部大本营就把集团军的领导撤换了。代理集团军司令员为阿尔费里耶夫少将，参谋长为罗曼诺夫少将，炮兵主任为契斯佳科夫炮兵少将。9月14日，集团军补充了新的力量。
第二十七集团军司令部配置在菲利波瓦戈腊村，梅列茨科夫从集团军司令员别尔扎林少将和集团军参谋长雅尔摩什凯维奇上校的报告中得知，该集团军司令部与所属各师的通信联络状况已经好转，也恢复了对所属部队的领导，而且还对敌实施了重大的突击。根据梅列茨科夫的请求，由大本营预备队派至西北方面军的坦克分队，有力地支援了这次突击。这些分队的行动直接由装甲兵司令员费多连科将军领导。
当时，梅列茨科夫建议别尔扎林采取三项措施：一是把现有的飞机和汽车集中起来，以便与所属各兵团建立可靠的联系；二是竭尽全力建立起哪怕是一支不大的预备队，以堵塞敌人的突破口；三是立即着手在防御纵深构筑阵地。
9月12日，第十一和第二十七集团军各补充了两个师，并对德军实施了多次反突击。这样，苏军在西北战线上的态势逐渐开始稳定下来。各方面军首长又采取了必要的措施，重建防御阵地，以阻止德军的进攻。
9月17日早晨，梅列茨科夫被召回莫斯科，不久被派往列宁格勒附近担任新职务。
