22 октября была издана Директива Ставки ВГК о назначении Д. И. Рябышева на должность командующего 57-й армией, дислоцировавшейся в районе Сталинграда. 1 января 1942 года армия вошла в состав войск Южного фронта и в январе под командованием Рябышева принимала участие в ходе Барвенково-Лозовской наступательной операции, во время которой армия прошла с боями на запад примерно на 100—120 км. В конце февраля 1942 года Рябышев заболел тифом и был госпитализирован. После выздоровления в марте 1942 года был назначен на должность командующего 28-й армией, которая в мае участвовала в наступлении под Харьковом. С 28 июня армия вела оборонительные действия в ходе Воронежско-Ворошиловградской оборонительной операции. За допущенную растерянность в руководстве действиями армии, следствием чего явилась потеря управления дивизиями, за самовольную смену командного пункта, приказом командующего Юго-Западного фронта от 3 июля 1942 года Д. И. Рябышев был отстранён от занимаемой должности и до марта 1943 года находился в распоряжении Ставки Верховного Главнокомандования. Сам он с этим отстранением категорически не был согласен и своей вины не признал, о чем направил несколько докладов и объяснений на имя И. В. Сталина и Г. М. Маленкова, но ответа на них не получил и в личном докладе ему было отказано.