з квітня 1941 року — командир ескадрильї 8-го авіаційного полку.
Друга світова війна
У боях радянсько-німецької війни з червня 1941 року. У червні призначений командиром ескадрильї 32-го винищувального авіаполку, у вересні переведений на таку ж посаду в 8-й винищувальний авіаполк. З травня 1942 року — інспектор з техніки пілотування Особливої групи ВПС флоту. З липня 1942 року командував 7-м винищувальним авіаполком (62-а винищувальна авіаційна бригада, ВПС Чорноморського флоту).
До жовтня 1942 року капітан Костянтин Денисов здійснив 233 бойових вильоти, у повітряних боях збив особисто сім і в складі групи шість ворожих літаків.
З жовтня 1944 року по травень 1945 року гвардії підполковник К. Д. Денисов — слухач Вищих академічних курсів удосконалення ВПС і ППО при Військово-морській академії імені К. Є. Ворошилова. Після закінчення навчання в травні 1945 року був призначений командиром 16-ї змішаної авіаційної дивізії ВПС Тихоокеанського флоту, і брав участь у радянсько-японській війні 1945 року. Маючи місце своєї дислокаціїзатоку Ольги, авіадивізія під командуванням К. Д. Денисова брала активну участь у визволенні Південного Сахаліну. Льотчики 16-й змішаної авіадивізії виконали понад 500 бойових вильотів, завдавши противнику значних втрат у живій силі і техніці.
За воєнні роки К. Д. Денисов здійснив 536 бойових вильотів, особисто збивши в повітряних боях 13 ворожих літаків і 6 в групі.
Повоєнні роки
Після війни продовжував служити у Військово-морському флоті, до листопада 1947 року командуючи тієї ж дивізією. У 1950 році закінчив авіаційний факультет Вищої військової академії Генштабу. Залишений на викладацькій роботі на цьому ж факультеті, в 1950—1956 роках був старшим викладачем на кафедрах бойових засобів ВМФ, в 1957—1957 роках військової ППО, в 1957—1976 роках оперативного мистецтва і тактики ВПС. В 1953 році став кандидатом військово-морських наук, доцентом. 18 лютого1958 року отримав звання генерал-майора авіації.
У відставці
З лютого 1976 року К. Д. Денисов в запасі, а потім у відставці. Жив у Москві. Автормемуарів «Під нами — Чорне море».
Почесний громадянин міст Скадовська[1] і Можайська (рішення 8 сесії міської Можайської ради народних депутатів 17 скликання від 20 жовтня1981 року)[2].