Ryssland har förnekat att dess militär är inblandad i Ukraina, men Porosjenko sade att 9000 av dess trupper var utplacerade.
Krocker med stridsvagnar ägde rum i två områden väster om Donetsk på onsdag.
Det fanns ett "kolossalt hot" att storskaliga strider skulle återupptas, sade presidenten till parlamentet i Kiev.
Våldsutbrottet i Maryinka och Krasnohorivka, som hölls av regeringen, var bland de värsta i östra Ukraina sedan ett eldupphör undertecknades i Minsk i februari.
Internationella övervakare från OSSE sade att under timmarna före och under striderna kring Maryinka sågs en stor mängd tunga vapen röra sig mot kontaktlinjen i rebellkontrollerade områden.
Regeringstrupper sköt granater mot rebellbesatta områden i utkanten av Donetsk.
Ukraina sade att det hade förlorat fem soldater under de senaste 24 timmarna, medan rebellerna sade 15 personer inklusive civila hade dödats.
Separaterna förnekade ukrainska påståenden om att de inledde en stor offensiv i strid mot vapenvilan.
OSSE sade att de i mer än en timme på onsdag hade försökt kontakta separatistiska ledare för att stoppa striderna, men de var antingen "otillgängliga eller ville inte" tala med övervakarna.
Rysslands utrikesminister Sergej Lavrov anklagade emellertid myndigheterna i Kiev för att äventyra Minskavtalet, genom att placera det "under ständiga hot om störningar" och genom att vägra inleda en direkt dialog med separatistiska ledare.
Kreml har konsekvent förnekat att skicka soldater över gränsen, även om man har erkänt att "volontärer" har anslutit sig till rebellerna.
Om det finns en påle i striderna, som i slaget i Maryinka på onsdag, då vet båda sidor att de inte kan ses som angripare, eftersom de förlorar trovärdighet och skadar förhandlingspositionen för sina allierade i antingen Moskva eller i europeiska huvudstäder.
Ingendera sidan vill betraktas som ansvarig för att bryta det mycket uppmärksammade, men hittills misslyckade, fredsavtalet i Minsk.
Och förhandlingsposition för båda sidor kommer att bli allt viktigare eftersom Europeiska unionen inom tre veckor kommer att besluta om huruvida sanktionerna mot Ryssland ska förnyas.
Läs mer från Tom
I sitt årliga tal till parlamentet varnade Porosjenko för ett "kolossalt hot" från det ökande våldet.
"Ukrainas militär bör vara redo för en ny offensiv av fienden, liksom en fullskalig invasion längs hela gränsen mot Ryska federationen", sade han. "Vi måste vara förberedda på det här."
Mer än 6 400 människor har dödats i östra Ukraina sedan konflikten började i april 2014 då rebeller grep stora delar av de två östra regionerna, efter Rysslands annektering av Krimhalvön.
Porosjenko sade att Ukraina hade 50.000 soldater i öst som kunde försvara landet.
Vad han beskrev som Kremls "plan för att så separatism i sydöstra Ukraina" hade misslyckats, tillade han, och bestod bara i områden i Donetsk- och Luhanskregionerna på grund av "ryska bajonetter".
President Petro Porosjenko har sagt till parlamentsledamöterna att militären måste förbereda sig för att försvara sig mot en möjlig "fullskalig invasion" från Ryssland, mitt i en våg av våld i östra Ukraina.