Формировалась в составе 57А в СКВО в октябре 1941 года. Формирование дивизии проходило в ст.Красноармейск около Сталинграда. Дивизия пополняясь людьми из Ростовской области.

В ноябре 1941 года 57-я отдельная армия по приказу Ставки была подчинена главкому Юго-Западным направленном Маршалу Советского Союза С. К. Тимошенко и 18 декабря начала перебрасываться к фронту по двум железным дорогам: Сталинград — Лихая — Старобельск и Сталинград — Поворино — Лиски — Валуйки — Старобельск. С 1 января 1942 года ее включили в состав Южного фронта.

Несмотря на частые бомбежки, железнодорожники работали исключительно четко и слаженно. Все части и соединения армии, составлявшие 153 эшелона, были сосредоточены в указанных местах 28 декабря без потерь. После выгрузки каждая дивизия совершила походный марш в район сосредоточения. Стояли крепкие морозы с ветрами и метелями, температура воздуха понижалась до 25–30 градусов. Войска шли в пешем строю по бездорожью, утопая в снегу, выбиваясь из сил. Автотранспорта мы имели очень мало, не хватало походных кухонь, хлебопекарен. Все это весьма осложнило подвоз продовольствия и организацию питания частей. 5 января соединения полностью сосредоточились в указанных им районах. Штаб армии расположился в Старобельске.

После выгрузки из эшелонов 337сд вошла в состав 6А ЮЗФ, готовившемуся к наступлению на барвенковском направлении южнее Харькова. К 12.01.1942 г. части дивизии (1127-й, 1129-й, 1131-й стрелковые, 899-й артиллерийский полки) занимают рубеж обороны по западному берегу реки Северский Донец.

Наступление началось рано утром 18 января. Наступавшая правее на Борщевое 253сд усеха не имела. 337сд подверглась налетам авиаии и танковым атака противника медленно продвигаясь вперед. Целью 253 и 337сд был сильный опорный пункт противника Балаклея. Неоднократные попытки дивизии прорвать вражескую оборону на рубеже Морозовка, Ольховатка успеха не имели. Лишь используя успех левофланговой 411сд удалось 20 января занять Жуковкой, Гусаровкой и Волобуевкой. За четыре дня дивизия продвинулась на глубину до 10 км. Ее части завязали бои за балаклейский плацдарм. Теперь задачей стало овладеть Балаклеей. При поддержке танков 7тбр дивизия вела бои за Байрак медленно приближалась к Балаклее. 1131с овладел Красн. Гусаровкой на берегу Сев. Дона и Байраком. 1127сп при поддержке 7тбр прорвался на юж. окр. Балаклеи. В течении 24-25 января шли бои за Балаклею. Однако несмотря на все усилия атаки наших войск усеха не имели.

До мая 42г. удерживала берег р. Сев. Донец южнее Балаклеи. 12 мая 42г. 6А перешла в наступление на Харьков из барвенковского выступа. К началу мая 42г. дивизия насчитывала 7151чел., 30 орудий, 85 минометов, 4 орудий пто. 337сд продолжала удерживать прежний рубеж обороны. Несмотря на наше успешное наступление 17 мая противник нанес удар и прорвав оборону 9А Южного фронта районе Барвенково и Славянска стал развивать наступление моторизованными соединениями в тыл ударной группы ЮЗФ.

Контрмеры предпринятые командованием Юго-Западного фронта оказались недостаточными. Противник также форсировав Сев. Донец западнее Балаклеи на участке 337сд и соединился с подошедшими с юга 14 и 16тд. Вечером 22 мая немцы сомкнул клещи окружения южнее Балаклеи. 6 и 57А и ОГ Бобкина оказались в окружении. В окружение также попала и 337сд. Наши войска предпринимали ожесточонные попытки прорыва из окружения как из вне так и изнутри котла. Однако прорваться из окружения удалось только 22 тыс. человек. К 26 мая остатки окруженной группировки были зажаты на небольшом участке западнее и с-з Лозовеньки. 30 мая с окруженными было покончено.

Командир дивизии генерал-майор Васильев И.В. погиб 25 мая 1942 г. в окружении в районе дер. Протопоповка.

5 июня 1942 года дивизия расформирована.