В первые дни Великой Отечественной войны полковник Доватор находился на лечении в госпитале в Москве, поэтому к своей дивизии не смог добраться из-за того, что она попала в окружение. Вскоре был зачислен в распоряжение штаба Западного фронта.
В июле 1941 года за отличие в оборонительных боях на Соловьёвской переправе через Днепр награждён медалью Красного Знамени.
В августе 1941 года назначен на должность командующего Отдельной кавалерийской группы, сформированной из 50-й и 53-й кавалерийских дивизий. С 14 августа по 2 сентября группа под командованием Л. М. Доватора совершила рейд по тылу противника на территории Смоленской области, а в сентябре-октябре приняла участие в тяжёлых оборонительных боях на реке Меже и по реке Ламе. В октябре кавалерийская группа участвовала в оборонительных боях на шоссе Белый — Ржев, прикрывая отступление стрелковых соединений на волоколамском направлении, а затем провела ряд наступательных боёв в районе Истринского водохранилища и Солнечногорска.
20 ноября Отдельная кавалерийская группа была переименована в 3-й кавкорпус (нового, 1941 г, формирования), который 26 ноября был переименован во 2-й гвардейский кавалерийский корпус.
11 декабря корпус под командованием Л. М. Доватора был передислоцирован в район Кубинки и после рейда по тылам противника к 19 декабря вышел к реке Рузе, где передовые части 2-го гвардейского кавалерийского корпуса (22-й и 103-й полки 20-й кавалерийской дивизии) вышли в район деревни Палашкино (Московская область), где находились 2-й батальон 472-го пехотного полка, 3-й батальон 7-го пехотного полка и 9-я батарея 252-го артиллерийского полка 252-й пехотной дивизии Вермахта (Силезия, эмблема «Дубовый лист»). Генерал-майор Доватор был смертельно ранен пулемётной очередью, при атаке на деревню Палашкино под городом Руза.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 21 декабря 1941 года гвардии генерал-майору Доватору Льву Михайловичу за мужество и героизм, проявленные в боях с немецко-фашистскими захватчиками, посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.
Также награжден медалью «За оборону Москвы» (4 января 1945 года, посмертно).
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Доватор,_Лев_Михайлович