Od września 1941 walczył w składzie 17 pułku lotnictwa myśliwskiego Sił Powietrznych Frontu Północno-Zachodniego, na początku 1942 został dowódcą eskadry w 159 pułku lotnictwa myśliwskiego 275 Dywizji Lotnictwa Myśliwskiego. Do lutego 1942 wykonał 65 lotów bojowych, strącił osobiście 5 samolotów wroga i 5 w grupie; dowodzona przez niego eskadra strąciła 21 samolotów. 16 maja 1942 dowodził grupą czterech radzieckich myśliwców atakujących 10 niemieckich bombowców Ju-88; lotnicy ZSRR strącili wówczas cztery Junkersy i stoczyli walkę z ośmioma myśliwcami Me-109. Bułajew strącił wówczas osobiście bombowiec i myśliwiec. Walczył też na Froncie Leningradzkim w składzie 13 Armii Powietrznej. Łącznie podczas wojny z Niemcami wykonał 260 lotów bojowych i stoczył 66 walk powietrznych, strącając osobiście 17 i w grupie 5 samolotów wroga. Pilotował myśliwce I-16, Jak-1 i Ła-5. W 1943 został nawigatorem 159 pułku lotnictwa myśliwskiego. Zginął w wypadku lotniczym na lotnisku tyłowym.