Варенцов в эти часы и дни действовал энергично и решительно. Его 152-мм гаубицы поддерживали стрелковые полки, били по танкам, рассеивали пехоту, уничтожали огневые точки, недоступные для стрелкового оружия. Стойко удерживала свой рубеж 41-я стрелковая дивизия. Вскоре оттуда пришло сообщение, что передовым полком дивизия после огневого налёта артиллерии она переходит в контратаку. В результате контратаки полк потеснил противника и вклинился в его порядки на три километра в глубину.
Основная часть дивизионной и корпусной артиллерии весь день 22 июня участвовала в отражении немецких атак, обрабатывала ближний тыл, узлы дорог, броды. Под огонь тяжёлых гаубиц попали немецкие обозы, войсковые колонны, техника, транспорты с боеприпасами и различными грузами. Вся эта махина намеревалась войти в прорыв. Но прорыва не произошло. Трофейные документы, рассекреченные уже после войны, свидетельствуют о том, что немецкое командование вынуждено было приостановить наступление своих войск в районе Томашув и Рава-Русская из-за сильного противодействия советской артиллерии и непрекращающихся контратак русских. Именно в полосе 41-й стрелковой дивизии наносила свой главный удар 17-я полевая армия вермахта. По плану XIV моторизованный корпус группы армий «Юг» должен был входить своими основными силами в прорыв на этом участке с утра 23 июня. Но наши войска по приказу штаба 6-й армии отошли на рубеж восточнее Равы-Русской только в ночь на 27 июня. А до 27-го держались.
Из воспоминаний Эрлены Сергеевны: «21 июня 1941 года мы с матерью готовились завтра, в воскресенье, выехать из Львова в пограничный городок Яворов в гости к отцу. В хлопотах незаметно промелькнула короткая ночь. Едва мы прилегли на диван вздремнуть перед дорогой, как на город посыпались бомбы. Когда началась бомбёжка, мама произнесла: „Как отец был прав: он говорил, вот-вот начнётся война, но мы победим!“ Наскоро одевшись и захватив с собой самое дорогое, что было в нашей квартире, — золотые часы, подаренные папе Наркомом обороны, мы с трудом добрались до вокзала, откуда отправлялся эшелон с эвакуированными.
Нина, побегав, нашла в одном из вагонов одно свободное верхнее место. Так, втроём, мы и разместились на одном верхнем месте. Людям на нижней полке Нина сказала, что мы семья военного, но нас на неё не пустили. Мама и сестра были в платьях, а я как была в пижаме, так и осталась в ней.
Вагон проверили, и поезд тронулся. Куда? Неизвестно! Я не буду описывать, сколько наш эшелон останавливался, так часто налетала немецкая авиация и бомбила без конца. Я через узкое окошко без стекла устанавливала по звуку мотора, какой самолёт летит — немецкий или наш. При налётах авиации эшелон останавливался и все разбегались по укрытиям. Если у немцев заканчивались бомбы, они начинали обстреливать из пулемётов всех подряд: детей, женщин, стариков. В течение полутора месяцев мы добрались до Куйбышева. Надо отметить, что на станциях-остановках нас ждали. Были развёрнуты кухни с питанием, подготовлена одежда, одеяла, полотенца. Это было почти счастье! Но вскоре мы услышали, что поезд в Куйбышеве останавливаться не будет, а пойдёт в город Ош, и там нас оставят. Мы были расстроены, поскольку в Куйбышеве жили родственники жены папиного брата Николая. Тогда мы приняли решение: как только эшелон будет проходить мимо вокзала, он пойдёт медленнее, а мы за это время должны покинуть вагон. Так мы и сделали. И оказались в городе Куйбышеве. Нашли комнату на первом этаже в том же доме, где жила бывшая жена брата Николая (спасибо ей), у какого-то старика. Поселились в пристройке к дому с окном и двумя кроватями без матрасов. Но мы и этому были очень рады — не бомбят, не стреляют. Но где же папа, наш любимый, родной?»
Немецкие войска ворвались во Львов 30 июня. 6-й стрелковый корпус, избежав окружения под Львовом, отходил на восток. Корпусная артиллерия двигалась в колоннах 41-й стрелковой дивизии. Две другие дивизии, 97-я и 159-я, понеся большие потери, пробивались в том же направлении различными маршрутными путями. Не хватало горючего, закончились боеприпасы, и тяжёлое вооружение взрывали и бросали у дорог, затаскивали в овраги и реки, если было время, закапывали в землю. Немцы вели постоянное преследование, и часто остаткам корпуса приходилось останавливаться и отбивать атаки танков и пехоты. Под Белой Церковью 6-й корпус сосредоточился, произвёл перегруппировку и нанёс противнику короткий, но мощный контрудар. Контрудар обеспечивала артиллерия. Затем снова отход.
По пути к колоннам и стрелков, и артиллеристов прибивались группы и одиночки отступающих красноармейцев. Пехотинцы — к пехотинцам. Артиллеристы — к артиллеристам. Варенцов тут же опрашивал прибившихся, пополнял ими выбитые расчёты. Переправившись через Днепр, остатки корпуса по приказу штаба армии заняли оборону на участке Канев — Золотоноша.
Летние бои, отступление, арьергардные бои и бои на промежуточных позициях многому научили. Такие командиры, как Варенцов, учились быстро. Их учителями были не немцы, нет, их учила война. Летом 41-го он понял, сколь необходима артиллеристам, причём разного уровня, своя собственная связь. Пока артиллеристы вынуждены были пользоваться связью общевойсковых частей и соединений. Война научила, как надо массировать огонь на определённых участках фронта для наибольшего эффекта. А ведь это не было предусмотрено довоенными уставами. Как маневрировать единицами с неатакованных рубежей. Понял и многое другое.
Из Киевского «котла» корпус вышел с наименьшими потерями. Выволокли и основную часть артиллерии. За этот подвиг — а сохранение материальной части тяжёлого вооружения в таких обстоятельствах несомненный подвиг — Варенцов был удостоен своей первой боевой награды — ордена Ленина.
После выхода из окружения Варенцову вне очереди 9 ноября 1941 года присвоили очередное воинское звание генерал-майора артиллерии и назначили начальником артиллерии 40-й армии. Армия формировалась из остатков 37-й и 26-й армий и незначительной части артиллерии. Противник атаковал на Конотопском направлении. Некомплектные дивизии и разрозненные части, зачастую не сколоченные, испытывавшие нехватку вооружения и снаряжения, на растянутом 125-километровом рубеже Шостка — Короп — Малое Устье не смогли удержать танки Гудериана. Хотя в первые дни боёв действовали храбро и прочно удерживали оборону и даже удачно контратаковали. Особенно результативно сражались артиллеристы 5-й противотанковой бригады, огнём прямой наводкой поражая немецкие танки и бронетехнику 10-й моторизованной дивизии. Бригада действовала отдельными дивизионами на различных участках фронта. Массировать противотанковую артиллерию на танкоопасных направлениях возможности не было. Варенцов этот артиллерийский приём применит немного позже.
В начале сентября командующий 2-й танковой группой генерал-полковник Гейнц Гудериан записал в своём полевом дневнике: «Учитывая наступление противника против моих обоих флангов и его активные действия перед фронтом, особенно против 10-й мотодивизии, мне показалась сомнительной возможность продолжать наступление имеющимися в наличии силами. Поэтому я снова обратился к командованию группы армий „Центр“ с просьбой предоставить
