В начале Великой Отечественной войны Л.М. Сандалов занимал должность начальника штаба 4-й армии Западного фронта, позднее — начальника штаба Центрального, Брянского, 2-го Прибалтийского и 4-го Украинского фронтов. Участвовал в оборонительных боях на Западном направлении, в районе Бреста, Барановичей, Пинска. В августе — ноябре 1941 года начальник штаба Центрального и Брянского фронтов.
Представленным в экспозиции летным шлемом Л.Д. Сандалов пользовался 28 ноября, когда срочно был вызван в Генеральный штаб, где ему предложили должность начальника штаба 20-й армии, спешно формирующейся под Москвой. Шлем зимний, кожаный, подкладка подбита черным каракулем, подарен музею Т.Л. Сандаловой в 2011 году.
В этот период обстановка на фронте была крайне тяжелой. Противник рвался к Москве и подошел к столице на расстояние почти 25 км. В таких тяжелых условиях штаб армии во главе с Л.М. Сандаловым смог организовать в ночь с 5 на 6 декабря 1941 г. успешное наступление на Красную Поляну. Накануне в штабе все нервничали, поскольку это была первая наступательная операция армии. На следующий день в поселке шли бои, в том числе рукопашные схватки. К рассвету 8 декабря Красная Поляна была освобождена. В числе трофеев захвачена привезенная накануне пушка калибром свыше 200 мм, из которой противник планировал обстреливать Москву. Почти сразу 20-я армия начала наступление на Солнечногорск, который был освобожден утром 12 декабря.
Преследуя отступающего противника за реку Ламу, части 20-й армии вышли к подступам Волоколамска. Здесь противник на подступах к городу взорвал все мосты, заминировал дороги. К 3 утра 20 декабря войска 20-й армии ворвались в город. Дом за домом, улица за улицей пришлось очищать от противника. К 11 часам город Волоколамск был полностью освобожден.
9 января 1942 г. генерал-майор Л.М. Сандалов был награжден орденом Красного Знамени. В наградном листе указано, что он «показал себя высоко подготовленным и оперативном и тактическом отношении с уменьем управлять войсками в бою. В боях за Красную Поляну, Солнечногорск и Волоколамск умело организовал операцию по уничтожению противника, чем обеспечил успех боях частей армии. В ходе боевых действий хорошо организовал взаимодействие, управление и связь между соединениями. Находясь неоднократно на передовой линии фронта показал себя смелым, решительным и храбрым командиром».
