337 стрелковая дивизия была сформирована в октябре 1941 года в Сталинградской области на станции Красноармейск (по другим данным в районе населённого пункта Дубовка. Пополнение, в основном, состояло из призывников Ростовской области.
Состав:
• 1127 стрелковый полк;
• 1129 стрелковый полк;
• 1131 стрелковый полк;
• 899 артиллерийский полк;
• 47 отдельный истребительно-противотанковый дивизион;
• 623 отдельный зенитный артиллерийский дивизион;
• 543 отдельный миномётный дивизион;
• 398 отдельная разведывательная рота;
• 616 отдельный сапёрный батальон;
• 787 отдельный батальон связи;
• 421 медико-санитарный батальон;
• 414 отдельная рота химической защиты;
• 164 отдельная автотранспортная рота;
• 190 полевая хлебопекарня;
• 759 дивизионный ветеринарный лазарет;
• полевая почтовая станция ППС-0368;
• 791 полевая касса Государственного банка.
В декабре 1941 года дивизия, будучи включённой в состав 57 армии (I формирования) в подчинении главкома Юго-Западного направления, получила приказ на переброску железнодорожным транспортом к фронту. Переброска производилась с 18 по 28 декабря 1941 года. После выгрузки из эшелонов, совершив пеший марш, дивизия 5 января 1942 года сосредоточилась на барвенковском направлении южнее Харькова. К 12 января 1942 года части дивизии заняли рубежи обороны по западному берегу реки Северский Донец.
18 января 1942 года дивизия в составе 6 армии (II формирования) Юго-Западного фрона (I формирования), перешла в наступление в направлении Морозовка, Ольховатка в Купянском районе Харьковской области. Целью был сильный опорный пункт в городе Балаклея Харьковской области. Соседние части: на правом фланге — 253 стрелковая дивизия, на левом — 411 стрелковая дивизия. Из-за интенсивного воздействия немецкой авиации и танковых контратак попытки дивизии прорвать оборону противника были безуспешными. Наступавшая правее на Борщевое 253 стрелковая дивизия успеха не имела. Воспользовавшись успехом 411 стрелковой дивизии, 337 дивизия энергичным ударом овладела селом Жуковка, а 20 января освободила Гусаровку, Волобуевку и Шуровку в Балаклейском районе. По истечении четырёх дней дивизии удалось продвинуться на 10 километров, завязав бои за балаклейский плацдарм. При поддержке танков 7 танковой бригады 337 стрелковая дивизия вела бои за село Байрак медленно приближалась к Балаклее. 1131 стрелковый полк овладел селом Красная Гусаровка на берегу Северского Донца и Байраком. 1127 стрелковый полк при поддержке 7 танковой бригады прорвался на южные окраины Балаклеи. В течение 24 - 25 января шли бои за город. До конца января 1942 года 253 и 337 стрелковые дивизии при поддержке 7 и 13 танковых бригад пытались овладеть сильным узлом сопротивления противника в Балаклее, однако освободить её не смогли.
Признав неудовлетворительными действия дивизии в Барвенковской операции, командующий 6 армией 3 февраля 1942 года отстранил от должности командира дивизии полковника Бушева Семена Михайловича. Командование дивизией принял генерал-майор Васильев Илья Васильевич.
До мая 1942 года, находясь на прежних рубежах 337 стрелковая дивизия удерживала берег реки Северский Донец южнее Балаклеи.
12 мая 1942 года 6 армия Юго-Западного фронта перешла в наступление на Харьков из барвенковского выступа, началась Харьковская операция 1942 года.
Несмотря на успешное начало операции, немецкие войска, нанеся контрудар и прорвав оборону 9 армии Южного фронта районе Барвенково и Славянска, стали развивать наступление моторизованными соединениями в тыл ударной группы Юго-Западного фронта. 17 - 19 мая 1942 года 337 стрелковая находилась на оборонительном рубеже по южному берегу Северского Донца. 20 - 21 мая немецкие войска, форсировав реку Северский Донец западнее Балаклеи на участке 337 стрелковой дивизии, соединились с наступавшими с юга 14 и 16 танковыми дивизиями.
Вечером 22 мая 1942 года немцы сомкнули кольцо окружения южнее Балаклеи. 337 стрелковая дивизия с частями 6 и 57 армий оказались в окружении. Разрозненные части советских войск предпринимали ожесточённые попытки прорваться из котла. Бои в окружении продолжались до последних чисел мая. Прорвались к своим только около 27 тысяч солдат и офицеров.
Командир 337 стрелковой дивизии генерал-майор Васильев Илья Васильевич погиб 25 мая 1942 года в окружении в районе села Протопоповка Балаклейского (ныне Изюмского) района Харьковской области.
5 июня 1942 года 337 стрелковая дивизия была официально расформирована.