Дивизия была сформирована в Пензенской области. Начало формирования — 15 августа 1941 года. Формирование дивизии шло в г. Кузнецке, Кузнецком и Сосновоборском районах Пензенской области и завершилось в ноябре 1941 года.

С 12 по 25 ноября 41г. дивизия дислоцировалась в г. Шумерля в Чувашии, где получала вооружение. Отсюда 15 эшелонами дивизия отправилась под Москву.

Разгрузка эшелонов дивизии велась на станциях Химки и Сходня с 29 ноября по 4 декабря 41г.. Здесь 354сд вошла в состав 16А Рокоссовского. Уже при разгрузке на ст. Сходня во время авиационного налета противника дивизия понесла первые потери. Так только 30 ноября ст. Сходня подвергалась авианалетам 11 раз, потери дивизии составили 7 убитых и 6 раненых. После выгрузки дивизия сосредоточилась в районе Саврасово, Усково. 16А к этому времени остановила наступление противника продвинувшегося здесь к Москве ближе всего на рубеже Шумягино, Владыгино, Клушино, Алабушево. Последний успех противника в его наступлении на Москву был на правом фланге 16А 1 декабря 41г. когда немцам удалось захватить пос. Красная Поляна. Именно здесь на правом фланге 16А на стыке с 20А и была сосредоточена свежая 354сд.

На 1 декабря 41г. 354сд насчитывала 7282чел., 40 орудий, 96 минометов, 72 станковый и 171 легкий пулемет, 32 автомашины.

Вела оборону до 03.12.1941 вдоль р. Клязьма. С утра 7 декабря части 16А перешли в наступление. 1201сп атаковал из р-на. Матушкино деревню Чашники. 1203сп вел бои за Алабушево, 1199сп вел бои за Александровку. 8 декабря сильно потеплело до 3 градусов мороза (в предыдущие дни мороз доходил до 30 градусов из за чего только в 1203сп было 255 обмороженных бойцов). 09.12.1941 части дивизии овладели деревней Матушкино и вышли на рубеж Чашниково, Алабушево.

С 9 декабря из-за успеха 30А Калининского фронта вышедшей к Клину, что грозило перехватом коммуникаций всей немецкой ударной группировки с-з Москвы, противник начал отход по всему фронту 16А. Преследуя отходящего противника к исходу дня 12.12.1941 дивизия вышла к Истринскому водохранилищу. Потери дивизии за период с 1 по 11 декабря 41г. были наибольшими в 16А. Дивизия за эти дни потеряла 394чел. убитыми, 1458 ранеными и 493 обмороженными. Перед отступлением противник спустил воду из Истринского вдхр., в результате чего лед опустился на несколько метров. Западный берег был водохранилища был заминирован и около берега был слой воды 30-40см, что затрудняло форсирование водной преграды. В ночь на 13.12.1941 части дивизии перебрались по льду на западный, сильно укреплённый берег и захватили деревни Армягово и Новосёлово, но утром контратакой противника отброшены на восточный берег.