С началом войны из летчиков-испытателей стали формировать боевые части и подразделения. НИИ ВВС сформировал из своих летчиков два истребительных полка, а из испытателей ЛИИ была создана эскадрилья ночных истребителей. Хотя летчиков ЛИИ никто не учил боевому применению, они неплохо показали себя при обороне Москвы от налетов немецкой авиации летом 1941 г. Галлай сделал девять боевых вылетов и сбил Дорнье 215. К осени ЛИИевская эскадрилья была расформирована, а летчики занялись эвакуацией самолетного парка в Казань. Начальника ЛИИ комбрига Громова назначили командиром смешанной авиационной дивизии на Калининском фронте, и он взял с собой пятерых летчиков-испытателей ЛИИ, в том числе и Галлая, которого Громов определил в 128-й бомбардировочный полк на самолеты Пе-2. Бомбометание с пикирования для летчиков полка было делом новым и Галлай помогал осваивать этот новый вид боевого применения. На Калининском фронте Марк Лазаревич за полгода сделал 28 боевых вылетов. Какие это были вылеты говорит то, что в 1941 году за 30 вылетов присваивали звание Героя Советского Союза. Затем последовал приказ Верховного Главнокомандующего вернуть всех летчиков-испытателей к местам их работы и службы. Работа в ЛИИ сводилась главным образом к доводке и модификации серийных самолетов.
А с мая 1943 года Галлай опять воюет. Получилось это так. Самолеты дальней авиации Пе-8 первоначально имели моторы АМ-35, по поскольку их модификации АМ-38 шли на самый массовый самолет Ил-2, "тридцать пятые" были сняты с производства, и тогда Пе-8 были переориентированы на моторы АШ-82. Галлай проводил испытания и доводку этих моторов на истребителе Ла-5
и хорошо знал их эксплуатацию и слабые стороны. На аэродроме ЛИИ дислоцировалась дивизия Пе-8, и Галлая попросили провести занятия с летчиками и бортинженерами об особенностях мотора АШ-82. От того как управлялся мотор, зависел расход бензина, а, значит, и дальность полета. Для дальней авиации это важный вопрос. На занятиях кто-то сказал или намекнул, что не плохо бы показать, как управлять мотором над целью под огнем зениток. А может быть Галлаю пришла мысль, что поучать воюющих летчиков, не разделяя с ними опасность боевых вылетов как-то не удобно. Но взять в полет летчика, не входящего в состав части никто не имел права. На то было необходимо разрешение командующего. С генералом Головановым Галлай связи не имел, но был знаком с начальником штаба Шевелевым и по его разрешению попал на прием к командующему и получил разрешение летать на боевые задания в составе экипажей дивизии.
