С первых дней Великой Отечественной войны капитан Иван Мусиенко воевал на Западном фронте. Затем воевал на Брянском, Калининском, 1-м Прибалтийском фронтах. Прошел боевой путь от командира звена до командира авиаполка.
С июля 1942 года по октябрь 1943 года командовал эскадрильей. 6-й отдельный гвардейский штурмовой авиационный полк под его командованием с октября 1944 по январь 1945 года уничтожил около двухсот автомашин, более ста железнодорожных вагонов, четыре склада с горючим, десять дзотов, около полусотни орудий противотанковой и зенитной артиллерии и много другой боевой техники, а также живой силы противника. Сам Мусиенко совершил 126 боевых вылетов.
18 августа 1945 года за умелое командование частью, мужество и отвагу, проявленные в боях с фашистскими захватчиками, гвардии майору Мусиенко Ивану Александровичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».