Jerjomenko wurde im Januar 1942 verwundet, während er die 4. Stoßarmee befehligte. Nach seiner Genesung übernahm er im August 1942 die Südostfront, später umbenannt in Stalingrader Front bzw. Südfront, mit der er an der Schlacht von Stalingrad teilnahm. Nach deren siegreichen Ende erhielt er Anfang 1943 den Befehl über die Kalininer Front, mit der er an der Smolensker Operation beteiligt war. Nach einem kurzen Einsatz als Kommandeur der Selbständigen Küstenarmee kehrte er im April 1944 an den nördlichen Teil der Front zurück, wo er die 2. Baltische Front übernahm. Mit dieser nahm er im Sommer an der Reschiza-Dwinsker Operation und im Herbst an der Baltischen Operation teil. Ende März 1945 erhielt Jerjomenko den Befehl über die 4. Ukrainische Front, mit der er an der Befreiung der Tschechoslowakei beteiligt war.