30 августа 1942 года был назначен на должность командира 23-го, а 16 октября — на должность командира 2-го танковых корпусов. В октябре 1942 года 2-й танковый корпус под командованием Попова оборонялся в районе Сталинграда на рубеже Орловка — разъезд Конный — Древний Вал, а с января 1943 года участсвовал в ходе контрнаступления под Сталинградом, действуя на внешнем фронте окружения противника. С марта корпус принимал участие в боевых действиях в районе Чугуева, остановив продвижение противника на рубеже реки Северский Донец. 19 сентября 1943 года 2-й танковый корпус был преобразован в 8-й гвардейский, который принимал участие в ходе Белгородско-Харьковской, Люблин-Брестской, Млавско-Эльбингской, Восточно-Померанской наступательных операций, а также при освобождении городов Лебедин, Люблин, Миньск-Мазовецки, Цеханув, Дойч-Эйлау, Данциг и др.