Durante l'invasione napoleonica in Russia del 1812 comandò una divisione di granatieri della Seconda armata occidentale del principe Bagration. Nella battaglia di Borodino la sua divisione si trovò in prima linea e fu attaccata da tre divisioni francesi agli ordini del maresciallo Davout. Voroncov guidò numerosi contrattacchi, con la spada sguainata. Dei 4.000 uomini della sua divisione ne sopravvissero solo 300, e lo stesso Voroncov fu ferito. Nel 1813 comandò una nuova divisione di granatieri e combatté nelle battaglie di Dennewitz e Lipsia. Nel 1814 tenne testa brillantemente a Napoleone in persona nella battaglia di Craonne. Prese parte alla battaglia di Parigi (1814). Fu il comandante del corpo di occupazione russo in Francia dal 1815 al 1818.