С начала Отечественной войны 1812 года полковник Желтухин командовал 1-й бригадой 1-й гренадерской дивизии, за отличие в сражении при Бородино произведён в генерал-майоры, далее он отличился в сражениях при Тарутино, Малоярославце и Красном. В Заграничных походах 1813—1814 годов отличился в сражении под Бауценом и в Битве народов под Лейпцигом, а также при взятии Парижа.