В августе 1942 года Панфилов назначен на должность заместитель командующего 3-й танковой армии, которая принимала участие в ходе контрудара под Козельском. В январе 1943 года назначен на должность заместителя командующего 5-й танковой армии, участвовавшей в ходе Ворошиловградской операции, в марте — на должность 2-го заместителя начальника Главного управления формирования и боевой подготовки бронетанковых и механизированных войск РККА, а в октябре того же года — на должность командира 6-го гвардейского танкового корпуса, который вёл боевые действия в ходе Киевской наступательной и оборонительной и Житомирско-Бердической наступательных операций.