По поручению Ставки ВГК неоднократно выезжал в войска, был представителем Ставки в битве под Москвой, в Сталинградской и Курской битвах, участник оборонительных операций Северо-Западного фронта в 1942 году и наступательной операции на Брянском фронте в июне-августе 1943 года, наступательных сражений на Воронежском фронте в 1943 году. Внёс в годы войны большой вклад в развитие и совершенствование бронетанковых и механизированных войск, способов их применения в ходе военных действий, в повышение выпуска танков и в их техническое совершенствование исходя из опыта боевых действий. Кроме того, отвечал за подготовку кадрового состава для танковых войск и руководил работой по обобщению опыта использования танковых войск, готовил приказы Ставки ВГК об использовании танковых войск в наступательных операциях и Боевой устав бронетанковых и механизированных войск (принят в 1944 году). Первый, наряду с П. А. Ротмистровым, советский военачальник, которому присвоено воинское звание маршал бронетанковых войск.