Василевский по-прежнему контролировал Юго-Восточный фронт, получивший название Сталинградского. Планом операции предусматривался удар по румынским войскам, стоявшим на флангах немецкой группировки, прорыв их обороны танковыми и механизированными корпусами Сталинградского и Юго-Западного фронтов с дальнейшим соединением их в районе Калача.

Уже в первые дни наступления, начавшегося 19 ноября, Василевский понимал, что германское командование попытается оказать помощь своей окруженной группировке и деблокировать ее. Потому он заранее настоял перед Сталиным на создании достаточно сильного внешнего кольца окружения, а за ними резервов из подвижных войск.

На завершающем этапе Сталинградской битвы Василевский руководил боевыми действиями по отражению попыток деблокировать окруженную группировку и ее окончательной ликвидации. По его инициативе одна из лучших армий – 2-я гвардейская была брошена против группы армий «Дон», пытающейся деблокировать окруженную 6-ю армию Паулюса.

За участие в разгроме немецкой группировки в районе Сталинграда Василевский был награжден орденом Суворова I степени (№ 2).

После Сталинградской битвы немецкое командование решило подготовить наступление из Курского выступа, сложившегося в результате боев зимой и весной 1943 года. На этот раз разведка Генерального штаба своевременно вскрыла замысел противника. Было решено не переходить первыми в наступление, а занять жесткую оборону, выбить немецкие танки, измотать противника в оборонительных боях и только тогда перейти в наступление путем введения накопленных резервов.

В предстоящих оборонительных боях должны были принять участие войска Центрального фронта под командованием К.К.Рокоссовского и Воронежского – под командованием И.Ф.Ватутина, а также войска Брянского и левого крыла Западного фронтов.

5 июля началось немецкое наступление на Курской дуге, отражаемое соединением Центрального и Воронежского фронтов. Кульминацией оборонительных боев стало знаменитое танковое сражение под Прохоровкой 12 июля, в котором принимали участие до 1200 танков и самоходных установок. В тот же день перешли в наступление Брянский и Западный фронты, а 15 июля – и войска Центрального фронта.

В августе началась битва за Донбасс, в которой координация действий Юго-Западного и Южного фронтов была возложена на Василевского. С этими фронтами была связана деятельность Василевского и в ходе битвы за Днепр, а также в ходе освобождения Мелитополя, Кривого Рога, Запорожья и начало освобождения Крыма.

В следующем году войска фронтов, действия которых координировал Василевский, в весеннюю распутицу освободили Никополь, Николаев, Одессу и вышли к Днестру. В день освобождения Одессы 10 апреля Василевский был награжден орденом «Победа» (№ 2).

Летом основные военные действия были перенесены в Белоруссию, где войска четырех фронтов начали операцию «Багратион».

По предложению Василевского две армии, освободившие Крым были переброшены в Белоруссию, туда же выехало и бывшее управление 4-го Украинского фронта. Василевскому было приказано координировать действия 1-го Прибалтийского и 3-го Белорусского фронтов, которыми командовали молодые генералы И.Х.Баграмян и И.Д.Черняховский.

22 июня началось наступление фронтов. В первые дни боев был освобожден Витебск, западнее которого в котле оказалось около 5 немецких дивизий. 27 июня была освобождена Орша. Советские войска форсировали Березину. 3 июля войска 3-го и 1-го Белорусского фронтов встретились в Минске. Началось освобождение Прибалтики, которую Василевский не покидал до самого нового года.