С ноября учился на 11-х Вологодских курсах краскомов, переименованных затем во 2-е Краснодарские курсы краскомов. После завершения учебы Е. И. Василенко с августа 1922 г. проходил службу в 27-м стрелковом полку 9-й Донской стрелковой дивизии СКВО, где исполнял должность командира отделения и взвода. В январе 1924 г. полк был переименован в 64-й стрелковый полк, а Е. И. Василенко допущен к командованию ротой. В период с ноября 1924 по январь 1925 г. находился на разведывательных курсах при Владикавказской пехотной школе, затем вернулся в полк на должность пом. командира роты. В августе 1925 г. он вновь был направлен на учебу во Владикавказскую пехотную школу. После ее окончания в сентябре 1927 г. его направили служить в 19-й стрелковый полк 7-й стрелковой дивизии УВО в г. Нежин, где он занимал должности пом. командира и командира роты. В январе 1932 г. Е. И. Василенко был переведен в Летичевский УР пом. командира 30-го отдельного пулеметного батальона. В январе 1935 г. назначен командиром 50-го отдельного пулеметного батальона в составе Могилев-Ямпольского УРа. С октября 1938 г. командовал 96-м стрелковым полком 87-й стрелковой дивизии КОВО. В сентябре 1939 г. принимал участие в походе Красной армии в Зап. Украину. В ходе Советско-финляндской войны 1939-1940 гг. полк в составе дивизии сражался на петрозаводском направлении. После окончания боевых действий дивизия вновь дислоцировалась в КОВО. С началом Великой Отечественной войны 96-й стрелковый полк в составе 87-й стрелковой дивизии 27-го стрелкового корпуса 5-й армии Юго-Западного фронта одним из первых принял на себя удар войск противника на р. Зап. Буг в районе Владимир-Волынского. Попав с полком в окружение, подполковник Е. И. Василенко умело выводил его через вражеские тылы на восток к Днепру. После прорыва из вражеского кольца полк в составе дивизии вел тяжелые оборонительные бои в районе г. Радомышль Житомирской обл., за что подполковник Е. И. Василенко был награжден орденом Ленина. С 14 сентября он вступил в командование 136-й стрелковой дивизией, находившейся в резерве Южного фронта. С ноября она входила в 9-ю, затем в 18-ю армии и вела ожесточенные оборонительные бои с частями 1-й танковой группы противника в районе с. Дьяково (южнее г. Антрацит), заставив противника изменить направление главного удара на г. Ростов. Всего в этих боях ее частями было подбито и уничтожено 113 танков, 90 автомашин, 40 орудий, уничтожено до 4-х батальонов пехоты противника. За проявленную отвагу в боях, стойкость, мужество, дисциплину и героизм личного состава дивизия была преобразована в 15-ю гвардейскую (16.2.1942) и награждена орденом Красного Знамени (27.3.1942). В апреле – июне 1942 г. она находилась в резерве Ставки ВГК. С июня в составе 28-й армии ЮгоЗападного фронта участвовала в Воронежско-Ворошиловградской и Донбасской оборонительных операциях. С июля дивизия в составе 57-й армии принимала участие в Сталинградской битве, вела бои юго-западнее Сталинграда. 13 сентября 1942 г. «за отсутствие твердого руководства и невыполнение приказа » Е. И. Василенко был отстранен от должности и предан суду Военного трибунала. После проведенного расследования все обвинения с него были сняты, и он был восстановлен
