さらに1944年9月には、新たに編成された第6SS装甲軍の指揮官に任命され、年末に開始されたラインの守り作戦（アルデンヌ攻勢）に参加する。のちにバルジの戦いと呼ばれるこの戦闘でディートリヒの第6SS装甲軍は第5装甲軍や第7軍とともに攻勢主力を担った。ヨアヒム・パイパー親衛隊中佐率いるパイパー戦闘団を先頭に激戦を展開したが、燃料不足や兵力配置の不備などが原因で作戦は失敗した。