Дивизия начала формироваться в конце декабря 1941 года.
Летом 1942 года входила в состав 21-й армии Юго-Западного фронта. Участвовала в Харьковской наступательной операции 1942 года. К 1 июля дивизия под давлением противника силою до пехотной дивизии отошла на рубеж Александровский - Цепляевка 2-я, где продолжала вести бой. В оперативных сводках Генерального штаба Красной Армии за 2-9 июля 1942 г. сведения о 301-й СД отсутствуют. Возможно предположить, что в это время остатки 301-й СД находились в окружении. В сводке Генштаба за 10.07.1942 на 8:00 говорится, что 301 СД сосредоточена в районе нп Козловка - лес южнее этого пункта. В сводке за 13.07 на 8:00 говорится, что 293, 343, 226, 76 сд, 8 мсд, 1 мсбр, остатки 227 и 301 сд, 10 тбр находились в районе сосредоточения Козловка - Чибисовка - Лосево - Воронцовка, где приводили себя в порядок. В ходе ожесточенных боев 301 СД понесла тяжелые потери, не сумев сохранить командование, штабы, основные кадры и тылы. Поэтому дивизия была расформирована.
Дивизией командовали:
Волчков Александр Тимофеевич (27.12.1941 - 18.02.1942), генерал-майор
Иванов Петр Иванович (19.02.1942 - 13.07.1942), полковник.