Dopo la guerra civile e quella polacco-sovietica, Timošenko divenne il comandante delle forze di cavalleria dell'Armata Rossa, quindi comandante in Bielorussia (1933), a Kiev (1935), nel Caucaso settentrionale (1937) a Charkiv (1937), e nuovamente a Kiev (1938). Nel 1939 diventò il comandante di tutta la regione occidentale di confine e guidò il fronte ucraino durante l'invasione sovietica della Polonia orientale, durante la campagna di Polonia. Nello stesso periodo diventò membro del Comitato esecutivo centrale del partito comunista.