Бронепоезда №51 и 52 в это время действовали в районе Радмировичи, сдерживая немецкие войска практически без пехотной поддержки. В период с 29 июня по 17 июля они, по неполным данным, уничтожили и подбили 10 танков, 9 танкеток, 2 бронемашины, 72 мотоцикла и 50 автомобилей, а зенитный расчет Климова и Михалевского сбил два самолета.
21 июля дивизион передали в состав 3-й армии, а бепо N°50 получил новую матчасть. Здесь бронепоезда действовали совместно с 75-й стрелковой дивизией и 18-м погранотрядом.
В ходе последующих боев бронепоезд №52 был отрезан противником со стороны Бобруйска. Несмотря на это, он до 30 июля действовал на линии Рабкор - Заполье, после чего был разбит немецкой авиацией. Но через некоторое время команда «при помощи железнодорожников Гомеля» построила блиндированный поезд, который вошел в состав дивизиона под тем же №52.
В это время бронепоезда №50, 51 поддерживали наши части в районе Коржевка - Концевичи, до 6 августа уничтожив до 13 орудий, 3 танкетки и штаб пехотного полка, где были захвачены документы и знамя.
Вплоть до конца августа дивизион активными действиями оказывал большую помощь частям 45-й и 47-й кавалерийской дивизии и 66-го стрелкового корпуса на участках Птичь - Коржевка, Холодники - Остаповичи, Холодники - Горочицы. 18 августа в районе Остаповичи авиация противника вывела из строя бепо №50, команде удалось спасти только одну бронеплощадку. 21 августа ее с командой бронепоезда отправили в Конотоп для изготовления недостающей матчасти.
3-5 сентября бронепоезда №51 и 52 поддерживали части 217-й стрелковой дивизии в районе Низовка - Мена. На следующий день в 15.00 в результате налета 32 немецких самолетов путь впереди и позади бронепоездов был разбит. Командир дивизиона попытался отремонтировать путь и оттянуть составы назад, но командир 217-й дивизии этого не разрешил и потребовал продолжать вести огонь. В 19.00 авиация вновь совершила налет на бронепоезда, одновременно по обеим сторонам железной дороги показалось до 20 немецких танков. Пытаясь прорваться к своим, паровоз, бронеплощадка и контрольные платформы бело №51 сошли с рельс и наклонились. Бело №52 в это время вел бой, маневрируя на участке в 600 - 700 м. Попытка связаться с 217-й стрелковой дивизией не увенчалась успехом. В результате огня танков обе бронеплощадки и паровоз бронепоезда №51 были разбиты, №52 также получил несколько прямых попаданий. В 21.00 команды бронепоездов отдельными группами стали отходить на станцию Дочь.
В первые месяцы войны о действиях 6-го дивизиона бронепоездов писали газеты «Правда», «Красная Звезда», Западного фронта, 21 и 3-й армий. Военный совет 3-й армии представил дивизион к ордену Боевого Красного Знамени, правда награждение не утвердили.
Оставшийся личный состав 6-го ОДБП вывели на доукомплектование в Москву. Сначала часть предполагалось переформировать - она стала именоваться 55-м дивизионом бронепоездов. Однако 31 декабря 1941 г. командир 55- го ОДБП получил приказ генерал-лейтенанта Я. Федоренко, в котором говорилось, что «для сохранения боевых традиций оставить за вверенным Вам дивизионом прежнее наименование - 6-й отдельный дивизион бронепоездов».