Fue miembro del PCUS desde 1924 y candidato de Ciencias Militares (1951).

[2]​ Desde los nueve años trabajó como peón en verano, y estudiaba en invierno, en 1912 se graduó en la escuela rural de su pueblo natal.

Al final de la guerra civil, permaneció en el servicio militar.

En 1929, ingresó en la Academia Militar Frunze, en 1933 se graduó de ella.

Durante las batallas con los finlandeses, los tanquistas del coronel Leliushenko ayudaron activamente a las unidades del 23.º Cuerpo de Fusileros a romper las defensas finlandesas en la Línea Mannerheim.

Los tanques del cuerpo eran todos de los modelos BT-7 y T-26; los nuevos modelos T-34 y KV-1 que más tarde causarían tantos problemas a las fuerzas alemanas aún no estaban disponibles en cantidad suficiente.

Con el estallido de la Segunda Guerra Mundial, el cuerpo fue transferido al Frente Noroeste y participó en la operación defensiva estratégica del Báltico.

Al pasar a la ofensiva, las unidades del cuerpo, en ausencia de apoyo de infantería y aviación, hicieron retroceder al 56.º Cuerpo Panzer alemán entre quince y veinte kilómetros, irrumpieron en Daugavpils y lucharon en las calles de la ciudad durante varias horas.

Los tanquistas no pudieron hacerse un hueco en la ciudad, pero la ofensiva alemana en dicha zona se detuvo hasta el 2 de julio.

En esta posición, tenía bajo su mando a numerosos futuros «líderes» soviéticos de las fuerzas blindadas, como Pável Rótmistrov, Mijaíl Katukov,[5]​ Alexéi Solomatin, entre otros.

[6]​ Stalin le agradeció personalmente por esta acción que supuestamente salvó la capital soviética.

Sin embargo, no estuvo al mando del 5.° Ejército durante mucho tiempo: en la batalla del 17 de octubre resultó gravemente herido y fue enviado al hospital en la ciudad de Gorki (actual Nizhni Nóvgorod).

Durante la operación ofensiva Rzhev-Sycheventre, entre julio y octubre de 1942, el ejército bajo el mando de Leliushenko con gran dificultad «mordió» la defensa alemana, moviéndose lentamente hacia Rzhev.

Aunque logró romper la primera línea de defensa, pero en batallas posteriores, las tropas sufrieron graves pérdidas y no pudieron cumplir con la misión asignada.

[8]​ Rzhev no fue ocupada, aunque partes del ejército llegaron a sus afueras y en el curso de un feroz asalto se precipitaron hacia la ciudad varias veces, pero cada vez fueron rechazadas por el enemigo con fuertes pérdidas.

Durante la Operación Urano, al norte de Stalingrado, partes del ejército rompieron las defensas alemanas y crearon un frente externo para rodear al sexto ejército alemán.

El 1.er Ejército de Guardias ahora al mando del teniente general Vasili Kuznetsov[9]​ y el 3.er Ejército de Guardias del teniente general Lelushenko atacaron desde el norte contra las posiciones ocupadas, al otro lado del río Don, por el 8.º Ejército Italiano, rodeando a 130.000 soldados italianos en el Don y avanzando hacia Millerovo.

Los italianos resistieron el ataque soviético durante casi dos semanas, aunque superados en número por 9 a 1 en algunos sectores, pero con enormes pérdidas.

Después de destruir al 8.º Ejército italiano, el 1.er y el 2.º Ejércitos de Guardias continúan su avance hacia el suroeste, en dirección a Millerovo, primero y después hacia Voroshilovgrad y luego se dirigirían al sur, al mar de Azov para rodear a los Grupos de Ejércitos A y del Don.

Sin embargo, las bajas fueron muy altas y el Ejército tuvo que ser retirado del frente para reequiparse.

[15]​ El 11 de mayo, el combate acabó cuando las fuerzas soviéticas penetraron por toda la ciudad y precipitaron la rendición de las tropas alemanas, que no habían podido escapar del cerco.

Esta fue la última acción de combate que vio durante la guerra.

En 1959 se le concedió el rango de general del ejército.

[4]​ Dimitri Leliushenko es autor de varios libros y artículos sobre su experiencia en la Segunda Guerra Mundial A lo largo de su dilatada carrera militar recibió las siguientes condecoraciones