Am 13. Juni 1942 wurde er zum Generalleutnant ernannt, von März bis Juni 1942 war er Kommandeur der 32. Armee und von Juli 1942 bis Januar 1943 – der 7. Armee und vom Januar 1943 bis zum Kriegsende 1945 Oberbefehlshaber der 27. Armee. Seine Truppen nahmen 1942 an den Verteidigungskämpfen in Karelien und an der Demjansker-Operation teil. 1943 kämpften seine Truppen in der Schlacht von Kursk und nahmen an der Belgorod-Charkower Operation sowie an der Befreiung der Ukraine teil. Während der Jassy-Kischinew (August 1944) führte die 27. Armee den Hauptangriff in der 2. Ukrainischen Front in Richtung auf Iași durch, durchbrach die deutsche Verteidigungen und ermöglichte die Einführung der 6. Panzerarmee zum strategischen Durchbruch. Dann entwickelte die 27. Armee ihre Offensive auf rumänisches Territorium, die sich in neun Tagen auf eine Vormarschstrecke von 250 km erstreckte, wodurch das Hinterland der deutschen Heeresgruppe Südukraine aufgespalten wurde und in schneller Abfolge die Städte Adjud, Focșani, Buzău und Ploiești in sowjetische Hände fielen. Per Dekret des Präsidiums des Obersten Sowjets der UdSSR vom 13. September 1944 wurde Triofimenko für seine letzteren Leistungen der Rang de Generalleutnant und der Titel des Helden der Sowjetunion samt Vergabe des Leninordens und der Goldene Stern Nr. 4262 zuerkannt. Vom Herbst 1944 und bis zum Kriegsende im Mai 1945 nahmen die Truppen seiner 27. Armee an der Debreczen, Budapest, Balaton, Wien und Amstetten teil.