באוקטובר 1942 קיבל ואטוטין את הפיקוד על החזית הדרום-מערבית, אשר השתתפה בקרב סטלינגרד. ב-1943 מונה ואטוטין למפקד חזית וורונז'. החזית הפכה ביולי 1943 לחזית המרכזית במלחמה, כאשר לחמה נגד כוחות השריון של קבוצת ארמיות דרום, בראשותו של אריך פון מנשטיין, בקרב קורסק. הקרב היה לניצחון סובייטי מכריע, שיש הרואים בו את הניצחון המכריע במלחמה מבחינה צבאית.