Roku 1942 byl jmenován zástupcem náčelníka generálního štábu, v srpnu téhož roku byl posléze jmenován zástupcem Vrchního velitele J. V. Stalina a 1. náměstkem lidového komisaře obrany (náměstek ministra). Z titulu své funkce představitele Hlavního stanu vrchního velení společně s A. Vasilevským koordinoval činnost Jihozápadního, Donského, Stalingradského a Voroněžského frontu během bitvy u Stalingradu, kde se začátkem září neúspěšně pokusil ohrozit levé křídlo 6. armády a probojovat se ze severu do Stalingradu. Později se spolupodílel na plánování Operace Uran a Mars, i když jeho úloha v operaci Uran je dosud sporná. Na podzim 1942 byl jmenován do funkce velitele Kalininského frontu, kde vedl neúspěšnou operaci Mars, jejímž cílem bylo obklíčení a zničení vojsk v oblasti Rževu, kromě dílčích územních úspěchu však operace vázala německé jednotky, které nemohly být nasazeny na jiných ohrožených úsecích fronty.