Ab Januar 1942 nahmen seine Truppen an der Barwenkowo-Losowajaer Operation teil. Die 9. Armee verteidigte den Raum zwischen Isjum und Barwenkowo und griff über den südlichen Stadtrand von Barwenkowo und das Golaja Dolina-Gebiet auf Slawjansk und Dolgenkaja an. Charitonow zog sein Hauptquartier von Kamenka in das Gebiet von Peskow (am linken Ufer des Sewerski Donez) nach vorn, ohne diese Absicht mit dem Frontkommandanten General R. J. Malinowski zu koordinieren. Nach den missglückten Angriffen durch die Truppen der Südwestfront im Mai 1942 wurde Generalmajor Charitonow seines Amtes enthoben und auf Drängen des Kommandos der Südwestfront vor ein Gericht gestellt. Ihm wurde vorgeworfen, eine nicht autorisierte Operation durchgeführt zu haben, doch er konnte sich durch seine Aussagen entlasten. Im Juli 1942 übernahm er das Kommando der 6. Armee der Woronesch-Front, die erfolgreich in der Woronesch-Woroschilowgrader Operation operierte. Im Dezember 1942 wurde ihm der Rang des Generalleutnant verliehen, seine Truppen waren während des Gegenangriffs der Operation Saturn am mittleren Don-Abschnitt beteiligt. Im Januar 1943 kämpften seine Truppen erfolgreich in der Operation Ostrogoschsk-Rossosch und beteiligten sich dann an den Kämpfen zur Befreiung des Donbas und an der Abwehr der deutschen Gegenoffensive im Raum südlich von Charkow. Chartionow musste überraschend seine Position verlassen und starb am 28. Mai 1943 an einer schweren Krankheit, er wurde auf dem Nowodewitschi-Friedhof in Moskau beigesetzt.