Em outubro de 1943, a Frente Sul foi renomeada Quarta Frente Ucraniana. Tolbúkhin auxiliou a Terceira Frente Ucraniana de Rodion Malinovski na Ofensiva do Baixo Dniepre e na Ofensiva Dniepre-Cárpatos. Em maio de 1944, Tolbúkhin foi transferido para o controle da Terceira Frente Ucraniana. Durante a campanha do verão, de junho a outubro de 1944, Tolbúkhin e Malinovski iniciaram a invasão dos Bálcãs e conseguiram conquistar a maior parte da Romênia. Em 12 de setembro de 1944, dois dias depois de Malinovski ter sido promovido a marechal da União Soviética, Tolbúkhin foi promovido ao mesmo nível. Enquanto Malinovski se movia para o noroeste, para a Hungria e a Iugoslávia, Tolbúkhin ocupava a Bulgária. Durante as campanhas do inverno, Tolbúkhin transferiu seu exército para o eixo noroeste, liberando assim grande parte da Iugoslávia e invadindo o sul da Hungria.