С июня 1937 года — командир Особой кавалерийской дивизии имени И. В. Сталина. С апреля 1939 года — командир 2-го кавалерийского корпуса Киевского Особого военного округа. В сентябре 1939 года участвовал в походе Красной армии на Западную Украину в качестве командира этого корпуса. Корпус входил в состав Волочиской армейской группы (затем Восточной армейской группы) 6-й армии Украинского фронта. С июля 1940 года — командующий Армейской кавалерийской группой войск Киевского Особого военного округа. С октября 1940 года генерал-лейтенант Ф. Костенко командовал 26-й армией КОВО (штаб в г. Самбор, Дрогобычская область, Украинская ССР. В 1941 году окончил курсы усовершенствования высшего начальствующего состава при Академии Генерального штаба РККА.