2 марта 1943 года был назначен на должность заместителя командующего 4-й танковой армией, находившейся на формировании под Москвой, а в мае 1943 года — на должность командира 3-го гвардейского механизированного корпуса, который принимал участие в ходе Белгородско-Харьковской наступательной операции, освобождении городов Хорол, Золотоноша и форсировании рек Псёл, Хорол и Днепр. В июне 1944 года корпус под командованием Обухова был включён в состав конно-механизированной группы генерала Н. С. Осликовского, после чего участвовал в ходе Витебско-Оршанской наступательной операции, при форсировании Березины, захвате и удержании плацдарма на ней, а также при освобождении городов Сенно и Лепель.