En 1941, il reçut une formation d'officier à l'Académie militaire de l'Air puis commanda le d'assaut aérien du district militaire de Léningrad. Il occupa ce poste jusqu'à l'invasion allemande de l'Union soviétique. Bien que blessé au combat, il fut promu lieutenant-colonel le . Il commanda le régiment pendant que celui-ci passait des anciens Polikarpov I-15bis au nouvel Iliouchine Il-2. Après le rééquipement du régiment et l'entraînement des équipages, le régiment fut divisé et Vitrouk commanda l'une des nouvelles unités. En , il fut muté au front de l'ouest, près de Moscou. Bien qu'il n'ait remporté personnellement aucune victoire en combat aérien, Andreï Vitrouk reçut le titre de héros de l'Union soviétique le pour son superbe commandement du régiment.