В первые месяцы войны штаб Западного фронта и Западного направления под руководством В. Д. Соколовского во время Смоленского сражения и Московской битвы, несмотря на некоторые просчёты и ошибки в работе, сумел наладить разведку, организовать инженерные работы на передовых рубежах и в глубине обороны, активно участвовал в планировании, подготовке и проведении Московской наступательной операции 1941—1942 годов и Ржевско-Вяземской операции 1942 года. С февраля 1943 года — командующий Западным фронтом, войска которого во взаимодействии с другими фронтами провели Ржевско-Вяземскую, Орловскую и Смоленскую операции 1943 года. За неудачи в Оршанской и в Витебской наступательных операциях в апреле 1944 года снят с должности командующего фронтом. С апреля 1944 года — начальник штаба 1-го Украинского фронта, с апреля 1945 года — заместитель командующего 1-м Белорусским фронтом. На этих должностях внёс большой вклад в планирование, подготовку и проведение Львовско-Сандомирской, Висло-Одерской и Берлинской стратегических наступательных операций.