Zastosowanie Po raz pierwszy katiusze zostały użyte w boju w lipcu 1941 roku w trakcie walk o Smoleńsk. Według radzieckiej historiografii, zadebiutowały 14 lipca, niszcząc zupełnie 112 rakietami niemieckie pociągi wojskowe na stacji Orsza. Debiut broni stał się szeroko znany w literaturze radzieckiej, lecz późniejsi autorzy podają jednak w wątpliwość skutek ataku i to, czy celem nie stały się porzucone radzieckie składy, gdyż nie zostało to odnotowane w niemieckich źródłach. Tego dnia jeszcze ostrzelano niemiecką przeprawę przez rzekę Orszyca. Już 8 sierpnia 1941 powołano w Armii Czerwonej osiem pułków artylerii rakietowej, wyposażonych w trzydzieści sześć wyrzutni każdy. Po uzyskaniu przez Związek Radziecki przewagi na froncie, zmasowany ogień katiusz był stałym elementem artyleryjskiego przygotowania natarcia każdej sowieckiej ofensywy.
Mimo niewielkiej celności prowadzonego ognia, ostrzał pozycji wroga z użyciem katiusz był bardzo efektywny, a to dzięki jego koncentracji na stosunkowo niewielkiej powierzchni i masowemu użyciu. Dochodził do tego czynnik psychologiczny – charakterystyczny dźwięk wydawany przez startujące pociski wzbudzał w niemieckich żołnierzach uczucie panicznego lęku.