1942年10月22日第二次组建西南方面军，曾编入该方面军的部队有第21、第63、第6、第12、第46、第57、第62集团军，第5、第3坦克集团军和空军第17、第2集团军。方面军司令先后为米哈伊爾·彼得羅維奇·基爾波諾斯上将（1941年6月22日-1941年9月20日）、谢苗·康斯坦丁诺维奇·铁木辛哥元帅（1941年9月20日-1941年12月）、费奥多尔·雅科夫列维奇·科斯坚科中将（1941年12月-1942年4月）、 谢苗·康斯坦丁诺维奇·铁木辛哥元帅（1942年4月-6月）、瓦图京中将（1942年10月—1943年3月）、羅季翁·雅科夫列維奇·馬利諾夫斯基上将（1943年3—10月）。参加过斯大林格勒战役、顿巴斯战役等。1943年10月20日，西南方面军改称乌克兰第3方面军。