Durante fevereiro e março de 1944, Chtemenko serviu como representante da Stavka na Segunda Frente Báltica, durante a campanha para aliviar o cerco de Leningrado. Durante a primavera de 1944, ele viajou pelas diferentes frentes de combate na Bielorrússia, e coordenou suas operações. Depois da rendição alemã, Chtemenko estava entre os organizadores da Parada da Vitória de Moscou. Em agosto de 1945, ele participou do planejamento da guerra soviético-japonesa.