その後、3個軍団から成る機械化群を指揮。1943年2月中旬、第5親衛戦車軍司令官に任命された。ロトミストロフの第5親衛戦車軍は、史上最大の戦車戦であるプロホロフカの戦いに参加した。その後、ロトミストロフ戦車兵大将指揮下の第5親衛戦車軍は、ステップ戦線においてドニエプル渡河作戦に参加した。1943年10月からピャチハトキ、クリヴォイ・ログを攻撃し、キロヴォグラードを解放した。