Il 18 luglio 1942, dopo le dimissioni del generale Iosif Iacobici, fu nominato generale di corpo d'armata diventando così la seconda carica militare del regno dopo il Maresciallo Antonescu. Durante la seconda offensiva tedesca sul Fronte orientale, il generale Dumitrescu, sempre alla guida della 3ª Armata, prese parte all'avanzata verso il Volga, e alla fine del 1942, durante la Battaglia di Stalingrado, le sue truppe erano schierate su posizioni difensive a nord di quella città, sulle rive del Don. Su questo fronte, però, la sua armata fu attaccata e travolta dalla potente offensiva corazzata sovietica iniziata il 19 novembre 1942 (Operazione Urano).