Но дивизия продолжала жить своей фронтовой жизнью. По состоянию на 27 сентября, в боеготовом состоянии в ней был всего 41 танк, в том числе 3 КВ, 17 Т-34, 1 БТ и 20 Т-40.
Правда, очень неудачным было участие 108-й танковой дивизии в обороне Карачевского района. Произошло буквально следующее. По приказу командующего 50-й армией 108-я танковая дивизия совершила марш Красная Нива — Карпиловка — Брянск — Карачев — Одрино и сосредоточилась в районе поселков Мылинский и Одрино. По пути следования на позиции дивизия была перехвачена начальником тыла Брянского фронта генерал-лейтенантом М. А. Рейтером и членом военного совета фронта дивизионным комиссаром Мазеповым, которые переподчинили дивизию себе и использовали для прикрытия разбежавшегося при появлении немецких танков полевого управления штаба фронта.
Для обороны Карачева была создана целая группа войск, куда кроме 108-й дивизии (20 танков) вошли 194-я стрелковая дивизия под командованием полковника Д. К. Малькова и два полка, командование которыми взяли на себя Рейтер и бригадный комиссар В. Е. Макаров. Группа получила задание занять оборону на подступах к Карачеву на рубеже Малая Бошинка — Рудаки (протяженность 15 километров) фронтом на юг и юго-восток. Но еще не успели части выйти на рубеж обороны, как были с ходу атакованы и вступили в бой. 108-я танковая дивизия была брошена на охрану штаба, отходившего по лесным дорогам в тыл.
Противник наступал с юго-востока силами четырех мотополков 47-го моторизованного корпуса. Непрерывные атаки немцев были отбиты. В пределах Карачевского района до сих пор сохранился противотанковый ров, заросший кустарником. Ров этот прорезал весь район от села Зеленина на запад через Коптилово Верхопольского сельсовета и далее через Брянский район.
Утром 4 октября немецкие мотополки 47-го механизированного корпуса атаковали позиции 194-й стрелковой дивизии и 108-й танковой дивизии на рубеже поселков Малая Бошинка — Рудаки. Атаки продолжались весь день, но пробиться к Карачеву врагу не удалось. Поэтому немецкие части повернули на юг и по лесным дорогам устремились к Брянску.
На рассвете 5 октября части 47-го механизированного корпуса вермахта вновь начали атаки с целью захватить Карачев. Упорнейшие бои продолжались весь день, но Карачев все еще держался. Вечером командующему Брянским фронтом генералу А. И. Еременко доложили, что противник уже на южной окраине Карачева, но северная и западная окраины в наших руках.
В 6 утра 5 октября родной полк Калашникова — 216-й танковый — занял исходные позиции для атаки в направлении на Павловичи и восточной окраины Горбачи. Израсходовав боеприпасы, к 13.00 танки вышли на сборный пункт Жирятино. В 14.30 авиация противника в составе 12 самолетов нанесла бомбовый удар по танкам. Были подбиты и сгорели 3 Т-34, 6 Т-40, 2 автомашины.
6 октября выпал первый снег. Он быстро растаял и превратил дороги в реки жидкой грязи. Утром опять начались атаки Карачева, в 10 утра город бомбили, и немцы начали обходить его слева. В полдень частям, оборонявшим город, был отдан приказ отходить, чтобы не оказаться в окружении.
Ударную группу прорыва сформировали из усиленного 405-го мотомеханизированного полка 194-й стрелковой дивизии. Возглавил прорыв через позиции немецкого моторизованного полка «Великая Германия» командир полка подполковник Федор Федорович Сажин. Мост на шоссе Орел — Брянск через реку Снежеть при отступлении был взорван. Дивизия вырвалась из окружения.
Захватив Карачев, силы немецкого 47-го моторизованного корпуса по лесной дороге Свень — Брянск устремились в тыл 50-й армии и к Брянску. Одновременно 2-я немецкая полевая армия прорвала оборону 50-й армии и повернула навстречу войскам Гудериана, чтобы соединиться с ними в районе Брянска. Таким образом, противник перерезал все коммуникации Брянского фронта, занял построенные в тылу укрепления и поставил войска Брянского фронта в условия оперативного окружения. Войска фронта оказались рассеченными на части, а пути их отхода — перехваченными.
В результате отсутствия 108-й танковой дивизии на предписанных ей позициях (командующему армией никто не доложил о переподчинении дивизии и о невыполнении его приказа о занятии ею оборонительного рубежа) немецкие танки без боя захватили фронтовые склады в районе Брянска. 47-й моторизованный корпус немцев вышел в район восточнее Брянска, 13-й армейский корпус — к Сухиничам, а 43-й армейский корпус начал охват 50-й армии с севера, стремясь соединиться у Брянска со 2-й танковой армией. К вечеру Брянск был взят немцами.
10 октября 108-я танковая дивизия совершила отход по маршруту Клен — Вытебет — Просвет — Каменка и к 19.00 сосредоточилась в районе Вытебет — Каменка — Каменский. Штаб дивизии расположился в Каменке. Но из-за отсутствия горючего 11 октября дивизия уже не могла продвигаться дальше. Было выставлено боевое охранение. Выбираясь из Брянского леса, дивизия была вынуждена оставить четыре танка Т-34 в районе высоты 169.3. Один танк КВ подорвался на фугасе в районе высоты 182.7 в лесу западнее Подлесного.
Из окружения дивизия вышла 22–24 октября. В ее составе к этому времени было 17 боевых машин (2 КВ, 7 Т-34, 2 Т-40, 3 БА-10, 3 БА-20), три 76-мм орудия, восемь зенитных орудий и 1200 человек личного состава. Полностью были сохранены все тылы дивизии. Остальная часть соединения продолжала оставаться в районе села Брусничного, угрожая флангу и тылу группировки противника на этом направлении.
По оценке командования Брянского фронта, немецкие потери составили: в живой силе — не менее четырех тысяч человек, 110–115 танков и 45 орудий. Едва ли эти цифры соответствовали действительности, однако факт крайне низкой боеспособности немецкой 17-й танковой дивизии в начале сентября неоспорим.
Гудериан вспоминал это танковое сражение следующим образом: «В полосе 47-го танкового корпуса русские наступали на запад и на северо-запад силами 108-й танковой бригады, а начиная с 1 сентября также силами 110-й танковой бригады, сильно потеснив стойко державшиеся части 17-й танковой дивизии…»
В соответствии с директивой командующего Брянским фронтом от 28 сентября 1941 года 108-я танковая дивизия определялась в резерв фронта с дислокацией в районе Пилыпино — Красное, в готовности к контратакам совместно с 287-й стрелковой дивизией в направлении на Жуковку — Почеп — Погар.
В начале ноября 1941 года дивизия была выведена на переформирование в город Владимир. 10 ноября после продолжительного периода действий без материальной части дивизия получила из Москвы 10 танков КВ и 20 Т-60. С 19 ноября 1941 года она вошла в состав Западного фронта.
Дивизия участвовала в обороне Тулы. Ее командир — полковник Иванов одновременно являлся начальником Тульского гарнизона. 2 декабря дивизия была расформирована, а на ее базе создана 108-я отдельная танковая бригада под командованием полковника С. А. Иванова.
За весь полуторамесячный напряженный период боевых действий войска Брянского фронта солдаты, командиры, политработники показали себя отважными воинами. Они нанесли чувствительный урон танковой армии Гудериана и удержали свои оборонительные позиции в районе Трубчевска и на Брянском направлении, проявив в боях исключительный героизм и самоотверженность.
