En diciembre de 1941, tras producirse la invasión alemana de la Unión Soviética y cuando las fuerzas alemanas estaban a veinte kilómetros de Moscú, Sokolovski fue nombrado jefe del Estado Mayor del Frente Oeste, donde fue capaz de ayudar a coordinar los contraataques de invierno soviéticos que empujaron a los alemanes fuera de Moscú. Permaneció en este puesto hasta febrero de 1943, cuando se convirtió en el comandante del frente occidental.