З жовтня 1944 року по травень 1945 року гвардії підполковник К. Д. Денисов — слухач Вищих академічних курсів удосконалення ВПС і ППО при Військово-морській академії імені К. Є. Ворошилова. Після закінчення навчання в травні 1945 року був призначений командиром 16-ї змішаної авіаційної дивізії ВПС Тихоокеанського флоту, і брав участь у радянсько-японській війні 1945 року. Маючи місце своєї дислокації затоку Ольги, авіадивізія під командуванням К. Д. Денисова брала активну участь у визволенні Південного Сахаліну. Льотчики 16-й змішаної авіадивізії виконали понад 500 бойових вильотів, завдавши противнику значних втрат у живій силі і техніці.