Московская битва

В начале Московской битвы основные силы 16-й армии Рокоссовского попали в Вяземский «котёл», однако управление 16-й армии, передав войска 19-й армии, успело выйти из окружения. «Новой» 16-й армии было приказано прикрыть Волоколамское направление, при этом Рокоссовскому опять пришлось собирать себе войска. Рокоссовский перехватывал войска на марше; в его распоряжение поступил отдельный курсантский полк, созданный на базе Московского пехотного училища им. Верховного Совета РСФСР, 316-я стрелковая дивизия генерал-майора И. В. Панфилова, 3-й кавалерийский корпус генерал-майора Л. М. Доватора. Вскоре под Москвой была восстановлена сплошная линия обороны, и завязались упорные бои. Об этой битве Рокоссовский так написал 5 марта 1948 года:

В связи с прорывом обороны на участке 30-й армии и отхода частей 5-й армии, войска 16-й армии, сражаясь за каждый

метр, в жестоких боях были оттеснены к Москве на рубеже: севернее Красная Поляна, Крюково, Истра, и на этом рубеже в жестоких боях окончательно остановили немецкое наступление, а затем перейдя в общее контрнаступление, совместно с другими армиями, проводимое по замыслу товарища Сталина, враг был разбит и отброшен далеко от Москвы.

Под Москвой К. К. Рокоссовский приобрел полководческий авторитет. За битву под Москвой К. К. Рокоссовский был награждён орденом Ленина. В этот период в 85-м походно-полевом госпитале при штабе армии он познакомился с военврачом 2-го ранга Галиной Васильевной Талановой.

Сталинградская битва

8 марта 1942 года Рокоссовский был ранен осколком снаряда. Ранение оказалось тяжёлым — были задеты правое лёгкое, печень, рёбра и позвоночник. После операции в Козельске, был доставлен в московский госпиталь в здании Тимирязевской академии, где проходил лечение до 23 мая 1942.

26 мая прибыл в Сухиничи и вновь принял командование 16-й армией.

Перед назначением на Донской фронт Рокоссовский командовал Брянским фронтом, а не 16 армией.

30 сентября 1942 года генерал-лейтенант К. К. Рокоссовский был назначен командующим Донским фронтом. При его участии был разработан план операции «Уран» по окружению и уничтожению вражеской группировки, наступавшей на Сталинград. Силами нескольких фронтов 19 ноября 1942 года началось проведение операции, 23 ноября кольцо вокруг 6-й армии генерала Ф. Паулюса было замкнуто. Позже Рокоссовский подвёл итог:

...успешно была выполнена задача, связанная с участием войск Донского фронта в общем наступлении, проводимом по замыслу товарища Сталина, вылившаяся в полное окружение всей Сталинградской группировки немцев...

Руководство по разгрому вражеской группировки Ставка поручила Донскому фронту во главе с К. К. Рокоссовским, который 15 января 1943 года получил звание генерал-полковника.

31 января 1943 года войска под командованием К. К. Рокоссовского пленили фельдмаршала Ф. фон Паулюса, 24 генерала, 2500 немецких офицеров, 90 тыс. солдат. 28 января он был награждён только что учреждённым орденом Суворова. С этого момента И. В. Сталин стал называть К. К. Рокоссовского по имени и отчеству, такого обращения удостаивался лишь маршал Б. М. Шапошников.