1942年7月任沃罗涅日方面军司令，抵御德军对沃罗涅日的进攻。1942年10月任西南方面军司令，参与指挥了斯大林格勒战役。1943年6月再次担任沃罗涅日方面军司令，参与指挥了库尔斯克会战。1943年10月 任乌克兰第1方面军司令，指挥了第聂伯河战役、基辅战役。1944年2月29日在罗夫诺州奥斯特罗赫区遭乌克兰民族主义组织乌克兰反抗军伏击，受重伤。3月，乌克兰第1方面军司令一职由格奥尔基·康斯坦丁诺维奇·朱可夫接替。瓦图京的两位兄弟在2月和3月的战斗中被杀，瓦图京自己也于4月15日在医院里去世，被给予国