上任第3集团军司令员后，巴托夫在方面军的指挥下继续者莫斯科保卫战胜利后的反攻作战，从叶夫列莫夫（图拉州南部城市）一线推进到奥廖尔以东的祖沙河东岸，在这里转入了防御。

大将帕维尔·伊万诺维奇·巴托夫

1942年2月，布良斯克方面军开始在博尔霍夫-奥廖尔方向实施进攻战役，根据方面军司令员雅科夫·季莫费耶维奇·切列维钦科上将的命令，巴托夫指挥第3集团军向当面德军发动了数次进攻，但未能成功突破德军防线，方面军其他部队也没能进行有效的攻击，2月底，巴托夫被免除了集团军司令员的职务，改任布良斯克方面军分管后勤工作的司令员助理。

1942年秋，斯大林格勒城下激战正酣，第4坦克集团军在顿河河曲作战中损失惨重，几乎失去了所有的坦克和技术兵器，整个集团军只剩下了4辆坦克，基本丧失了战斗力，集团军司令员克留乔金将军为此被召回了莫斯科。9月30日，巴托夫被任命为了第4坦克集团军司令员。

说实在的，自从卫国战争爆发以来，巴托夫并没有显得有多出彩，不管是在独立第51集团军当库兹涅佐夫上将的副手，还是在布良斯克方面军切列维钦科上将麾下指挥第3集团军，他的部队表现都不是十分突出，最多只能说是中规中矩。直到他来到了顿河方面军，成为了此时同样为中将的罗科索夫斯基部下后，巴托夫的人生就开挂了。

顿河方面军司令员罗科索夫斯基中将

为了迅速恢复部队的战斗力，巴托夫在上任一个月内就走遍前线的每支部队。10月22日，第4坦克集团军改编为了第65诸兵种合成集团军，巴托夫仍然担任集团军司令员。他带领着这支部队建立了卓越的贡献，直到卫国战争胜利结束。

“巴托夫有丰富的指挥经验和高度的主动精神。”罗科索夫斯基对于巴托夫的到来是欢迎的，毕竟他们还算是熟人，在布良斯克方面军共事过。

1942年11月19日，斯大林格勒反击作战开始了，巴托夫的第65集团军会同右邻第24集团军一起参加主要突击。第65集团军在进攻中起着特别大的作用，巴托夫的对面是德军部队而不是较弱的罗马尼亚军队，他的任务是突破正面，歼灭当面之敌，而后进入翼侧和顿河地区敌人防御的后方。

罗科索夫斯基尽可能加强了巴托夫的集团军，甚至靠削弱其他方向的部队来加强，可见巴托夫攻击的位置有多重要。

进攻当天，巴托夫指挥第65集团军向前推进了5至8公里，但没能突破德军防线。“……巴托夫表现出了首创精神，他迅速组建了临时快速集群。集中全部坦克，派由步兵组成的‘搭载兵’乘坐坦克迂回敌据点。临时快速集群向敌军翼侧和后方实施突击，保证了其他部队快速向前推进。”（摘自罗科索夫斯基的回忆录）。这支临时快速集群仅用了一天就突破了23公里，突破了德军防线后绕向翼侧打击了德军的阵地。

11月24日，巴托夫指挥第65集团军继续发动强攻以扩大战果，到27日又向前推进了25至40公里，部队抵达了顿河河畔，完成了对保卢斯第6集团军的合围。

进入1943年1月后，顿河方面军开始了对被围德军的最后攻击。巴托夫的第65集团军的位置再次牌中间狭窄的正面上，并得到了来自方面军最大限度的加强力量和空军第16集团军全部飞机的支持。

1月10日，总攻正式打响，方面军司令员罗科索夫斯基亲自来到巴托夫的指挥部观看进攻如何开始，进攻异常艰难，但在第一天结束时巴托夫的集团军还是向前楔入德军防御达5公里，到15日，苏军攻克了包围圈内德军环形防线的中间地段。激战至1月26日，巴托夫的第65集团军终于将包围圈中的德军防线打了个对穿，他的第233步兵师于红十月镇与从市区内部向外攻击的崔可夫第62集团军的近卫步兵第13师会师了，这就将保卢斯的第6集团军分割成了两部分。

一级苏沃洛夫勋章

之后，在粉碎了包围圈内德军南部集群并俘虏了保卢斯元帅之后，巴托夫的集团军对德军北部集群进行了最后一击，赢得了斯大林格勒会战的最后胜利。鉴于巴托夫在斯大林格勒反攻作战中的卓越表现，他成为了第一批23位一级苏沃洛夫勋章获得者之一，这是胜利勋章出现前苏联的最高军功勋章。

1943年2月14日，顿河方面军改编为中央方面军，巴托夫的第65集团军仍然归属罗科索夫斯基指挥。方面军成立后即开始了谢夫斯克战役，以纵深迂回包抄德军中央集团军群。

2月25日战役打响，巴托夫的第65集团军在友邻部队的支援下攻占了斯摩棱斯克州的多个城市，并在德军发起反扑时在谢夫河东岸广阔的地段上挡住了德军，最终因南方哈尔科夫方向的失利，中央方面军也不得不停止进攻转入防御，防御位置就是著名的库尔斯克突出部的北侧。

1943年7月， “堡垒”计划开始实施，德军对库尔斯克突出部发动了进攻，巴托夫第65集团军防守的谢夫斯克方向不是德军的重点进攻地段，他率部在这里阻挡住了敌人第20军团的进攻。在苏军转入反攻后，第65集团军并没有参加反攻战斗。