В 1927 году Людмила Сухарева с родителями переехала в Москву, где продолжила учёбу в школе. После окончания семилетки пришла на автозавод «АМО» учеником слесаря. Быстро освоив рабочую профессию, стала работать слесарем по ремонту станков и автоматов. За отличную работу получила 4-й разряд. В 1932 году вышла замуж за токаря завода Старшинова Ивана Федотовича, кавалера ордена Ленина.

Одновременно Людмила училась на вечернем рабочем факультете, по окончании которого в 1934 году к удивлению родителей и подруг поступила в Военную академию механизации и моторизации имени Сталина. Вопреки распоряжению о том, чтобы женщин в военные вузы не брать, её поступлению содействовал директор завода И. А. Лихачёв. Из 160 студентов на курсах было только две девушки. В академии познакомилась с одногруппником Борисом Калининым; они подружились и полюбили друг друга. Первый муж Иван Старшинов был репрессирован, пришлось оформить развод.

После 5-летнего обучения весной 1940 года назначена в штаб Московского военного округа, а Бориса перевели в Забайкалье.

Летом 1940 года начальник отдела штаба округа военный инженер 3-го ранга Людмила Старшинова была включена в группу специалистов по испытанию лёгкого плавающего танка Т-40, в ходе которых первые десять построенных Т-40 прошли по маршруту Москва — Брянск — Киев — Минск протяжённостью свыше трёх тысяч километров с форсированием трёх рек (в том числе, реки Днепр) и выполнением прыжка с трамплина в Князь-озеро (один из танков имел женский экипаж, в состав которого вошли механик-водитель Людмила Старшинова, Соня Скрынникова и Полина Недялкова)[3]. Т-40 с женским экипажем прошёл все испытания, а Людмила получила первую награду — значок «За отличное вождение танка».

В июне 1941 года Людмила с Борисом отдыхали в Крыму, когда началась война. Прибыв в Москву, они опять разлучились: Людмилу направили на Южный фронт, а Бориса — с танковым корпусом на Западный фронт.

Военинженер 3-го ранга Людмила Старшинова поступила в распоряжение помощника командующего Южного фронта по автобронетанковым и механизированным войскам генерал-майора танковых войск А. Д. Штевнёва, который поручил ей возглавить отдел ремонта и эвакуации танков. С фронта военинженер была направлена в служебную командировку в Москву, чтобы организовать поставки на фронт запчастей к танкам и новой боевой техники. Людмила успешно справилась с этой задачей: запчасти прибыли самолётом, а позднее подошли два эшелона с новыми танками. Кроме того, ей удалось уговорить поехать с ней Бориса Калинина, который после Смоленского сражения командовал в Москве курсами по подготовке танковых экипажей. Осенью 1941 года Людмила и Борис поженились и воевали вместе.

Осенью 1941 года войска Южного фронта вели тяжёлые оборонительные бои с превосходящими силами противника. Танковые части несли потери в живой силе и технике. Военинженер 3-го ранга Людмила Старшинова в короткие часы затишья успевала подогнать к переднему краю технические «летучки», тягачи, краны, организовать эвакуацию подбитых танков в ближайший тыл. Незначительные неисправности устраняли на месте.

После введения в РККА погон и новых воинских званий, Людмила Старшинова получила звание инженер-майора. К этому времени она командовала ремонтно-восстановительным полком, который включал походно-ремонтный завод, три армейских ремонтно-восстановительных батальона, эвакуационную роту. В её подчинении находилось более тысячи человек. Её полк действовал в составе Южного, Северо-Кавказского, Закавказского фронтов и Отдельной Приморской армии. В частности, за пять месяцев 1943 года её служба восстановила в полевых условиях и вернула в строй 1525 неисправных танков. Всего ремонтники Старшиновой дали вторую жизнь более четырём тысячам танков, в 1943 году её подразделение заняло второе место среди всех танкоремонтных подразделений по всем фронтам по количеству и качеству отремонтированной техники.

Людмила Ивановна пробыла на фронте до осени 1944 года.