En prencipiar a Segunda Guerra Mundial, Lemelsen, que mandaba a 29ena División d'Infantería, partecipó en a invasión de Polonia en 1939 en o Frent Oriental, y tamién en as primeras fases d'a batalla de Francia en o Frent Occidental; sindembargo, o 28 de mayo de 1940, quen se desembolicaba a batalla de Francia, s'atorgó a Lemelsen o mando d'a 5ena División Panzer, con a que prenió parte en a luita contra la Fuerza Expedicionaria Britanica de l'Exercito britanico en Dunkerque, en a Operación Dynamo. L'1 de chulio de 1940 puyó a o ran de General der Artillerie.