В Отечественную войну 1812 года Сысоев также проявил себя самым блестящим образом. У Могилёва он разбил неприятельскую кавалерию и взял в плен французского полковника, до 20 офицеров и более 200 нижних чинов. Внезапной атакой при селе Спасском он снова обратил в бегство французскую кавалерию, взяв при этом в плен 24 офицера и 28 рядовых. Далее он сражался в Бородинском бою, в деле при защите Тарутинского лагеря он со своими казаками отбил 19 орудий, а под Малоярославцем, уже во главе бригады из трёх казачьих полков, захватил 18 орудий. В деле при Колоцком монастыре Сысоев, состоя под начальством Платова, обойдя левый фланг арьергарда противника, неожиданно ударил по вражеской колонне и истребил более двух батальонов французов, трофеями его были большой обоз, 20 орудий, два знамени и около 300 пленных. Вслед за тем он во главе отдельного партизанского отряда преследовал отступающего противника и в деле при Полоцке захватил ещё два знамени и 80 пленных. За отличие при нападении на французов при селе Маркове, где он был ранен, Сысоев был 6 декабря произведён в генерал-майоры.