Формирование бригады проходило с 2 сентября по 3 октября 1941 года в посёлке Костерёво Московской области на базе 217-го танкового полка, по изменённым штатам № 010/75—010/83, 010/87 от 13 сентября 1941 года[1][2]. Получила комплект машин Харьковской сборки и была укомплектована полностью.
Период вхождения в действующую армию: с 03.10.1941 по 21.12.1941, с 29.03.1942 по 26.12.1942 и с 01.02.1943 по 18.02.1944 года[3].
С началом операции «Тайфун» направлена в действующую армию. В 12:00 04.10.1941 года первый эшелон бригады прибыл в Мценск, и бригада вошла в состав 1-го гвардейского стрелкового корпуса Д. Д. Лелюшенко.
6 октября 1941 года вступила в бой, действуя из засад северо-западнее Мценска в двух километрах к юго-западу от деревни Железница, вела тяжёлые бои, зачастую попадая в полуокружения.
Согласно журналу боевых действий, утром 10 октября 11-я танковая бригада получила приказ отправляться на погрузку на станцию Горбачево, однако в 14:00 в связи с критическим положением во Мценске получила приказ Д. Д. Лелюшенко вернуться обратно. В 17:20 подойдя к городу, бригаде поставлена задача выбить из него немцев, чтобы дать выйти через Мценск 4-й танковой бригаде М. Е. Катукова. Однако эта задача выполнена не была из-за наступления темноты. 10-11 октября в боях в городе и при попытке уничтожения захваченных немцами 7-ми установок БМ-13-16 бригада потеряла 5 танков Т-34, 5 танков КВ-1, 65 раненых, 16 убитых и 84 солдата и офицера пропало без вести[4].
19 октября на основании директивы командования 26-й армии 11-й мотострелковый батальон и рота лёгких танков (10 Т-26) из состава бригады, расположенной в городе Чернь, направлены в район Тулы[5].