В апреле 1942 года Михаил Иванович Павелкин был назначен на должность начальник Горьковского автобронетанкового центра, в июне — на должность командира 16-го танкового корпуса, который участвовал в ходе Воронежско-Ворошиловградской оборонительной операции и Сталинградской битве.