Однако накануне Великой Отечественной войны Чуйкова направили военным атташе и главным военным советником при главнокомандующем китайской армией Чан Кайши. Сложность миссии Чуйкова заключалась в том, что он, с одной стороны, должен был направлять усилия Чан Кайши против японских захватчиков, а, с другой стороны, обязан был согласовывать действия китайской Красной Армии и войск Чан Кайши в этом же направлении, не давая им возможности развязать междоусобную войну. В. И. Чуйкову стоило немалого труда убедить гоминдановский штаб выступить против японских войск, захвативших обширные районы Китая. Активность китайских войск вынуждала японское командование противостоять им и таким образом мешала наращивать силы для развязывания войны против Советского Союза.
После нападения японских войск на Перл-Харбор и начала войны на Тихом океане, американское руководство стало оказывать Чан Кайши военную помощь. Одновременно четко проявилась ориентация гоминдановского руководства во главе с Чан Кайши на Соединенные Штаты. Советскому военному атташе в таких условиях оставаться в Китае было нецелесообразно. В феврале 1942 года В. И. Чуйков вернулся в Советский Союз и просил о направлении его в действующую армию.
В мае Чуйков был назначен заместителем командующего резервной армией в районе Тулы. В начале июля армия была переименована в 64-ю и направлена в состав Сталинградского фронта в район большой излучины Дона. Так как командующий армией еще не был назначен, то все вопросы выдвижения и занятия обороны пришлось решать Чуйкову. Ему еще не приходилось встречаться с таким сильным противником, каким являлись немецко-фашистские войска летом 1942 года. Поэтому, ожидая первого боя, он стремился изучить его тактику, сильные и слабые стороны. Чуйков беседовал с командирами, уже побывавшими в боях, встречался с рядовыми бойцами.
Первый боевой день у заместителя командующего 64-й армии был 25 июля 1942 года. Потом они пошли без перерыва. Но уже в первые дни, анализируя обстановку, Чуйков делает ряд выводов, необходимых для повышения устойчивости обороны войск. Он отмечал слабые стороны в тактике действий немецкой артиллерии, такие как разрозненность огневых налетов, их большее ведение по переднему краю обороны советских войск, а не по глубине обороны, отсутствие маневра огнем в ходе боя. Не было четкой организации огневого вала. Он заметил, что немецкие танки не шли в атаку без поддержки пехоты и авиации. У немецкой пехоты он отмечал стремление подавить противника огнем своего автоматического оружия. Чуйков подметил и тот факт, что наиболее четко у противника работала авиация. Впоследствии он писал: «Таковы были мои первые выводы о тактике противника. Наблюдать врага, изучать его сильные и слабые стороны, знать его повадки – значит драться с ним с открытыми глазами, ловить его промахи и не подставлять свои слабые места под опасный удар».