En agosto de 1943, Leliushenko regresó al servicio y nuevamente asumió el mando del "3.º Ejército de Guardias". Como parte del frente sudoeste, posteriormente renombrado como Cuarto Frente Ucraniano, dirigió al ejército en la Ofensiva del Dniéper-Cárpatos (24 de diciembre de 1943 - 17 de abril de 1944), principalmente en las operaciones ofensivas de Donbass, Zaporozhye, y Níkopol - Krivói Rog. Tras está ofensiva el Ejército Rojo desalojó a las fuerzas alemanas y a sus aliados rumanos y húngaros de la mayoría de los territorios de Ucrania y Moldavia, alcanzando la frontera con Rumanía.