使下级无条件执行命令。他沉稳，精神抖擞。脸上过早出现的皱纹表明他历尽艰辛……”
此时，布良斯克方面军防御地段相对沉寂。希特勒将进攻重点转向高加索和斯大林格勒。7月中旬，德军集结71个师发起斯大林格勒会战。8月中旬，德军攻占了顿河西岸的所有地区，苏军退至斯大林格勒外围组织防御。到9月中旬，斯大林格勒外围防御地带丧失殆尽，德军突入市内。守城苏军被分割成三块，但仍坚守城市，死不弃城。
苏军最高统帅部从9月开始准备*，为此在斯大林格勒地区新组编顿河方面军和西南方面军。10月初，罗科索夫斯基转任顿河方面军司令员，辖第65、第24和第66集团军。战线宽达400公里。10月中旬，顿河方面军转入进攻，欲图歼灭斯大林格勒以北的德军，与坚守在城内的崔可夫各师会合。这次进攻未能突破德军防线。
11月13日，苏军最高统帅部批准了代号“天王星”的大*计划，以3个方面军攻击斯大林格勒德军集团两翼并围而歼之。11月19日和20日，瓦图京中将的西南方面军和罗科索夫斯基的顿河方面军从谢拉菲莫维奇和克列茨卡亚一线，叶廖缅科上将的斯大林格勒方面军从萨尔平斯耶湖一带，先后发起*。经几天激战，3个方面军于23日在卡拉奇以东的苏维埃村会师，合围德保卢斯上将第6集团军全部和坦克第4集团军一部，共22个师，33万余人。
苏军围歼保卢斯第6集团军的“指环”作战计划由罗科索夫斯基统一指挥实施，斯大林格勒方面军编制撤销，所辖第57、第*和第62集团军转隶罗科索夫斯基的顿河方面军。
包括7个集团军的顿河方面军于1943年1月10日实施“指环”战役。此前两天，罗科索夫斯基向被围的保卢斯发出最后通牒：“……在你们毫无出路的情况下，为避免无谓的流血，我们建议你们接受以下投降条件：以您和您的司令部为首的全部被围德军部队停止抵抗……如果拒绝投降，将予以消灭……”署名是：红军最高统师部大本营代表沃罗诺夫炮兵上将，顿河方面军司令员罗科索夫斯基中将，保卢斯拒绝了最后通牒。
1月10日早8时零5分，第65集团军率先发起进攻。炮火准备持续了55分钟。几千门大炮齐声怒号，惊天动地。随后，苏军突击部队全速前进，迅速冲垮德军防线。进攻的第一天，第65集团军楔入德军防御纵深1。5公里至4。5公里。又经过3昼夜酌血战，苏军消灭了德军防御西面突出部的守军。1月12*终时，第65集团军和第21集团军前出至罗索夫什卡河西岸。1月15日，苏军突破德军中层防御围廓。这一天，顿河方面军司令员罗科索夫斯基晋升为上将。
1月22日，顿河方面军全线出击。1月26日，第21集团军的部队冲入斯大林格勒城内，与坚守数周的苏军守卫部队会师。1月31日，走投无路的保卢斯及其司令部向罗科索夫斯基投降。但是被围德军部队拒绝停止抵抗。罗科索夫斯基发起最后的攻击。
2月2日，罗科索夫斯基向最高统帅报告：“顿河方面军务部已于1943年2月2日16时完成了您的命令，全部粉碎并歼灭了敌斯大林格勒集团……斯大林格勒市及斯大林格勒地域的战斗行动已经停止。”
历时160天的斯大林格勒大血战以苏军的最后胜利而告终。这次战役德军损失150万人。斯大林格勒战役的胜利是苏德战场的一个转折点。苏军从此开始由战略防御转入战略进攻。
罗科索夫斯基上将未来得及去一趟浸透着英雄守卫者鲜血的斯大林格勒市，2月2日当晚，斯大林便召他立刻飞往莫斯科，接受新的任务。
2月15日，斯大林命令罗科索夫斯基以顿河方面军的指挥机构，组编中央方面军，罗科索夫斯基任方面军司令员，紧急开到叶列茨地域，在布良斯克方面军和沃罗涅日方面军之间展开，对德军奥廖尔集团的翼侧和后方进行攻击。中央方面军编成内有第21、第65和第70集团军，坦克第2集团军，以及空军第16集团军。
组织进攻的时间太短。但是罗科索夫斯基按期于2月25日发起进攻。苏军开始阶段的进攻十分顺利。第65集团军和坦克第2集团军突破德第2集团军防线，到3月6日推进了30至60公里。德军为免使奥廖尔集团遭到纵深包围，急忙从勒热夫和维亚济马增调数个步兵师和坦克师，摆在罗科索夫斯基的中央方面军当面。
罗科索夫斯基进攻受阻。他向大本营指出，以中央方面军目前的状况，无法继续向布良斯克一斯摩棱斯克方向进攻。大本营于3月7日变动了中央方面军的任务，第65、第70和第21集团军改在北面和东北方向上进攻，帮助布良斯克方面军歼灭德军奥廖尔集团。战役进展仍不顺利。第70集团军无组织地从行进间分批投入战斗，未能向前推进。罗科索夫斯基亲自到第70集团军司令部了解失利原因，认为是集团军司令员指挥不力，当即撤换了他。罗科索夫斯基认为自己也有责任。他在回忆录中写道：“在追究集团军指挥人员和司令部作战失利责任的同时，我自己和我的司令部也难辞其咎：我们没有检查部队的准备情况，不了解他们的指挥人员，就给集团军下达任务。使其仓促投入战斗。这是我应汲取的一次教训……”
大本营决定停止对德军奥廖尔集团的进攻。自3月21日起，中央方面军在戈罗季谢、小阿尔汉格尔斯克、特罗斯纳、利季日、科列涅沃地区转入防御，和布良斯克方面军一起，形成库尔斯克突出部正北面。3月底，沃罗涅日方面军在击退德军进攻之后态势也稳定下来。于是，苏军在库尔斯克突出部形成一个孤形战线，弧部向着德军。
希特勒为了从苏军手中夺回战略主动权，于1943年4月15日下达了6号作战令：“以别尔哥罗德地域的一个突击集团和奥廖尔以南的一个突击集团，坚决而迅速地进行集中突击，以向心进攻的方法合围并歼灭库尔斯克地域之敌……”
中央方面军及其南翼友邻沃罗涅日方面军将面临德军的集中突击。
苏军对德军的主突目标做出了正确判断。朱可夫在4月8日给最高统帅部的报告中写道：“我认为，敌人将对中央、沃罗涅日、西南三个方面军进行主要进攻战役，以便粉碎这一方向的我军，取得机动自由，沿最近的方向迂回莫斯科。”罗科索夫斯基于1943年4月10日在给总参谋部的报告中也明确指出：“1943年春夏时期，敌人的进攻将只能在库尔斯克…沃罗涅日方向。”4月12日，沃罗涅日方面军也向大本营提交了内容相似的报告。
4月12日晚，最高统帅部大本营定下决心，要求各方面军在所有的特别重要方向上，特别是在库尔斯克突出部，建立巩固的纵深梯次配置防御，先以强大的防御迎敌，然后转入*并彻底歼敌。
4月28日，罗科索夫斯基晋升为大将军衔。
此时中央方面军的编成做了调整，现有第13、第48、第60、第65和第70集团军，并有预备队坦克第2集团军、1个步兵军和2个坦克军。空军第16集团军负责对方面军的空中掩护。
罗科索夫斯基建立了纵深梯次配置，设立了6道基本防御地带、大量的中间地区和斜切阵地，挖掘堑壕和交通壕5000公里。罗科索夫斯基断定德军将以主要兵力突击方面军右翼上方的奥廖尔突出部的根部，他毅然决然地在这一方向上布置了高密度的兵力和兵器。在这95公里的地段，他集中了方面军全部步兵兵力的58％，炮兵的70％，坦克和自行火炮的87％，并配置了第2梯队和预备队。为加强奥廖尔…库尔斯克铁路沿线的第13集团军，罗科索夫斯基调去拥有700多门火炮和迫击炮的炮兵军，使每公里正面上有92门76毫米以上的大炮，这是前所未有的密度，是敌人进攻所能建立的密度的1。5倍。
在德军进攻的整个方向上，苏军部署了罗科索夫斯基的中央方面军和瓦杜丁大将的沃罗涅日方面军共*万人，2万门火炮和迫击炮，3600辆坦克和自行火炮，3*架飞机。其后还有科涅夫的草原方面军58万人，9000门火炮和1*0辆坦克及自行火炮。
7月4日晚，罗科索夫斯基从德军俘虏中得知德军已于当天早晨3时开始*出发地。罗科索夫斯基估计德军将于次日凌晨发起进攻，决定先采取行动，但已来不及报告和请示大本营，他与最高统帅部代表朱可夫大将商量后，发出进行反击令。
7月5日凌晨2时20分，罗科索夫斯基的部队开始对正面德军进行疾风射击（参见库尔斯克战役），反击持续了30分钟。5时30分，德军发起进攻，主突地段是奥利霍瓦特卡地域。普霍夫第13集团军的第15师和第81师与敌激战一天，击退德军4次进攻，之后被迫后撤。这一天德军以巨大代价向苏军防御纵深推进6至8公里。
罗科索夫斯基以坦克第2集团军和坦克第19军对突入之敌进行反击，以恢复原来的态势。坦克部队遭敌机轰炸，并受到德“虎”式坦克的阻击，损失很大，反击未果。
第二天，德军又在奥利霍瓦特卡方向上推进了2公里，并开始将进攻锋头稍向右转，指向波内里火车站地域。
罗科索夫斯基将现有兵力做了大胆而坚决的机动，他毫不犹豫地将受到威胁较小地段的部队调到奥利霍瓦特卡和波内里地域。
德军在各进攻地段均未取得重大突破，于是投入全部预备队，经4天激战，德军仅前进了10公里。
7月12日，德坦克第4集团军和苏近卫坦克第5集团军在库尔斯克突出部南正面的普霍罗夫卡附近展开了一场对攻战。这是世界战争史上最大的一次坦克战，双方共投入了1200辆坦克。双方各损失了300辆坦克，都退回了出发地，而德军此后已再无力进攻。苏军转入*。
十分疲惫的中央方面军未经休息，立即参加了对德