Весной 1941 года полковник Доватор был назначен начальником штаба 36-й кавалерийской дивизии у самой границы с Польшей, под Волковыском. Как рассказывала дочь Доватора, Рита Львовна, большую часть времени он проводил в Волковыске, однако часто приезжал в Москву по служебным делам, заодно готовя семью к переезду в Волковыск. Сохранилось даже удостоверение от 1 июня 1941-го на проезд всей семьи в наш город.

Когда началась война и 36-я кавдивизия попала в окружение, Доватор из-за болезни находился в госпитале в Москве. В эти дни его супруга внезапно получила телеграмму из Волковыска от командира дивизии генерал-майора Зыбина: «Лев Михайлович семью не перевозите тчк квартира занята». Семья посчитала, что это был условный знак для того, чтобы не везти семью навстречу неизбежной войне.

В августе—сентябре 1941 года Доватор командовал отдельной кавалерийской группой, наносившей удары по тылам противника в Смоленской области, вел оборонительные бои на р. Межа, прикрывая отход советских войск на Волоколамском направлении, участвовал в обороне Москвы, командуя гвардейским кавалерийским корпусом. Немцы установили награду за голову Льва Михайловича от 50 до 100 тысяч марок, сожгли его родную деревню Хотино, создали специальную военную группу для его уничтожения.

Погиб Доватор в 1941 году в бою, в результате пулеметного обстрела около д. Палашкино Московской области. Был кремирован на территории Донского кладбища. Прах захоронен на Новодевичьем кладбище. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 21 декабря 1941 года гвардии генерал-майору Льву Михайловичу Доватору за мужество и героизм, проявленные в боях с немецко-фашистскими захватчиками, посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.

Его имя увековечено в названии большого количества улиц в России, Беларуси, Украине, Казахстане, Молдове. Есть улица Доватора и в Волковыске, недалеко от аграрного колледжа.

Улица Доватора.