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.
Личный состав был сильно измотан длительными беспрерывными маршами. Корпус прошел пешим порядком от Проскуровского до Остропольского укрепленного района от 80 до 100 километров. Подразделения дивизий сильно растянулись, имелись отставшие. Так, в 17-м мотоциклетном полку отстал отряд в 168 человек.
До 12 июля 1941 корпус не имел боевого соприкосновения с противником. 11 июля полоса обороны 216-й дивизии на участке: Старая Синявка, Юзефовка перешла к частям 72-й горно-стрелковой дивизии, выдвинутой сюда из резерва армии. После этой перегруппировки моторизованная дивизия укрепляла оборону на линии Юзефовка, устье реки Иква. Штаб соединения расположился в населенном пункте Крупин. 49-я танковая дивизия продолжала укреплять рубеж на участке устье реки Буг до Летичева, собирала отставших и уничтожала второстепенные переправы на Буге, минируя остальные. Штаб дивизии находился в лесу в 5 км восточнее Сусловцы. 45-я танковая дивизия сосредотачивалась во втором эшелоне в районе Росоха, Погорелое, М. Дьяковцы с задачей прикрыть латичевское направление. Штаб корпуса и корпусные часть — в лесу в районе Углы.
12 июля в полосе 24-ro корпуса появились разведывательные подразделения противника. В этот день управление 26-й армии было выведено в тыл, а все войска армии, в том числе 24-й механизированный корпус, перешли и распоряжение командующего 12-й армии генерал-майора Понеделнна. В связи с продолжавшимся отходом соседней 6-й армии, правый фланг 12-й армии постепенно загибался фронтом на северо-запад.
13 июля сдерживал наступление двух пехотных полков немцев на фронте Старая Синява, Новая Синява, Летичев.
Штаб корпуса размещался в Углах. 216-я дивизия оборонялась на фронте Старая Синява, Думенки; 45-я дивизия — сосредотачивалась в районе Россоховата; 49-я продолжала укрепляться на фронте: Думенки, Новоконстантинов, Летичев.
14 июля командир корпуса получил приказ № 04 штаба 12-й армии, в котором ему ставилась задача: прочно удерживая Летичевский УР (комендант — комбриг А. И. Якимович), отвести правый фланг корпуса в район Чидинновцы.
В ночь на 15 июля войска армии, в том числе 216-я моторизованная дивизия, были отведены в район Хмельник. К утру 216-я дивизия заняла рубеж: (иск.) Хмельник, Чудиновцы, Думенки. В этот день XXXXIX горный корпус противника смог прорвать Летичевский укрепленный район в четырех местах, для локализации прорывов были задействованы все армейские и корпусные резервы. 216-я дивизия, которую на рубеже Чудиновцы, Думенки сменила 45-я танковая дивизия, с утра 16 июля контратаковала противника в направлении Летичев, Казачки. Не встретив серьезного сопротивления противника, она выбила мелкие немецкие подразделения из Летичева и к 15 часам вела бой на рубеже Снитовка, Казачки, Варенка, правым флангом опираясь на укрепрайон.
К 17 июля противник развил свой успех и захватил Бар и Жмеринку. К 18 июля он подошел к Виннице. На фронте 6-й армии обстановка была еще хуже. Овладев Казатином, немцы вышли на коммуникации 6-й и 12-й армий. Этим войскам грозило окружение. С этого момента все действия советских войск были направлены на выход из-под немецких клещей. Нередко приходилось пробивать дорогу на восток с перевернутым фронтом.
17 июля 45-я танковая дивизия была выведена из состава корпуса и подчинена генерал-майору Владимирову, командиру группы, обороняющей Винницу. Немцы, планируя окружить войска 12-й армии западнее Буга, силами XXXIX горного корпуса предприняли наступление на Винницу — крупный узел коммуникаций, где находилось четыре моста через реку Буг. С запада наступала 4-я горно-егерская дивизия генерал-лейтенанта Эглзеера (Eglseer), по восточному берегу — 1-я горно-егерская дивизия генерал-майора Х. Ланца (Hubert Lanz).