26 июля 1941 года Илларион Коваленко был призван в ряды Красной Армии и зачислен на курсы подготовки младшего командного состава, по окончанию которых убыл на передовую. Воевал Илларион Лукич в составе 257 гвардейского стрелкового полка 65 гвардейской дивизии 19 стрелкового Сталинского Сибирского корпуса 10 гвардейской армии в составе Западного, а затем 2-го Прибалтийского фронтов. Во время войны совершил не один подвиг, за что был награжден многочисленными медалями и орденами. Документы, в которых перечислены боевые заслуги Коваленко И.Л. засекречены до сих пор. Но, про один подвиг информация содержится в открытых источниках. 22 июня 1944 года, во время наступательной операции под деревней Мошатино Калининской области Илларион Лукич принял на себя командование ротой, заменив погибшего в бою командира. В наградном листе указано, что Илларион Коваленко принял на себя четыре яростные контратаки, и при явной угрозе окружения со своего рубежа не ушел, продолжая интенсивным огнем истреблять наседающего врага, ведя до утра бой в окружении. Утром, собрав остаток бойцов и нащупав слабое место противника, прорвал его и вывел из окружения людей, уничтожив при этом 15 фашистов. За мужество, проявленное в том бою, был представлен к ордену Отечественной войны II степени. На войне Илларион Лукич был неоднократно ране, получил инвалидность (не функционировал локоть левой руки). Но, до самой смерти, он был заядлым рыболовом и охотником, работал на хлебзаводе.