С июня 1942 года — заместитель командующего 16-й армией Западного фронта генерал-лейтенанта К. К. Рокоссовского. Там генералы Рокоссовский и Трубников сработались друг с другом, приобрели взаимное доверие, переросшее в дружбу. В июле Рокоссовский убыл с повышением на должность командующего войсками Брянского фронта, в конце сентября 1942 года переведён командовать войсками Донского фронта, а в октябре по его просьбе генерал-майор К. П. Трубников был переведён к нему заместителем командующего войсками Донского фронта. Принимал непосредственное участие в организации и управлении войсками в Сталинградской битве. При уничтожении окруженной 6-й немецкой армии в районе Сталинграда Трубникову было поручено руководство армиями правого крыла Донского фронта (57-й, 67-й и 64-й армии).