Bei der neuen deutschen Offensive, die am 10. Juli mit der Kesselschlacht bei Smolensk begann, wurde das Hauptquartier der 13. Armee erneut angegriffen (Generalleutnant F. N. Remesow wurde dabei verwundet), und der größte Teil der Armee im Raum Mogilew umzingelt. Nach der Bildung der Zentralfront Ende Juli 1941, wurde die 13. Armee Teil dieser Front und nach der Auflösung dieser Formation Teil der Brjansker Front. Während der deutschen Offensive nach Moskau im Oktober 1941 wurde die 13. Armee im Raum Brjansk nochmalig umzingelt, Generalmajor A. M. Gorodnjanski und sein Stabschef führten den Ausbruch und begaben sich nach Kastornoje. Im Winter 1941 beteiligte sich die 13. Armee an der Verteidigung und Rückeroberung von Jelez im Bezirk Lipezk. Für die Leistungen in der Jelezer Operation wurde Petruschewski am 27. Dezember 1941 der Rang des Generalmajors verliehen. Im Sommer 1942 beteiligte sich die 13. Armee an der Woronesch-Woroschilowgrader Operation, Anfang 1943 an der Woronesch-Kastornoje-Operation und im Juli 1943 an der Kursker Schlacht (als Teil der zweiten Formation der Zentralfront). Im September 1943 erreichte die 13. Armee als erster Verband der Roten Armee den Dnjepr, am 25. September 1943 wurde Petruschewski zum Generalleutnant ernannt.