После двухмесячной проверки в органах НКВД Д. С. Потапов в звании лейтенанта был вновь направлен в действующую армию. 26 февраля 1944 года он принял под командование стрелковый взвод в 585-м стрелковом полку 213-й стрелковой дивизии 7-й гвардейской армии 2-го Украинского фронта. Участвовал в Уманско-Ботошанской операции. В марте 1944 года был ранен в бою за село Хмелевое Кировоградской области Украинской ССР. 18 мая 1944 года лейтенант Д. С. Потапов вернулся в свой полк и был назначен командиром взвода противотанковых ружей. Но уже 30 мая он был переведён на аналогичную должность во 2-й стрелковый батальон 932-го стрелкового полка 252-й стрелковой дивизии 52-й армии 2-го Украинского фронта. До августа 1944 года взвод Потапова участвовал в оборонительных боях за господствующие высоты севернее Ясс. Перед началом Ясско-Кишинёской операции 252-я стрелковая дивизия была передана 4-й гвардейской армии и участвовала в окружении и ликвидации группировки немецко-румынских войск восточнее Кишинёва. Взвод противотанковых ружей лейтенанта Потапова на своём участке отразил попытку прорыва группы противника силой до 6 бронетранспортёров и 30 автоматчиков. Дмитрий Сергеевич в бою лично подбил один бронетранспортёр, за что был награждён орденом Красной Звезды. 4 сентября 1944 года 252-я стрелковая дивизия была выведена в резерв Ставки Верховного Главнокомандующего для отдыха и пополнения.