1941年11月20日，罗科索夫斯基遵照方面军司令部的命令，井然退至巴韦利措沃、莫佐罗沃、阿克谢诺沃、新彼得罗夫斯科耶、鲁缅采沃一线。
德军难以在沃洛科拉姆斯克方向取得突破，遂将主力集中到克林方向上，攻下了索尔涅奇诺戈尔斯克和克林。1941年11月25日，朱可夫命令罗科索夫斯基夺回索尔涅奇诺戈尔斯克。罗科索夫斯基按命令迅速组织了反击，取得部分战果，但未能夺回索尔涅奇诺戈尔斯克。第16集团军的防线，如同整个莫斯科防线，步步后移。
到11月底，极度疲惫和损失极大的第16集团军被迫退却到离莫斯科仅25至35公里处。但是苏军终究还是挡住了德军的进攻。遭受极大消耗的德军已成强弩之末，再无力推进。
12月初，苏最高统帅部将秘密组建的三个新的预备队集团军投入战场。其中两个集团军在西方方面军右翼参加了第16集团军北翼的战斗。
1941年12月5日，苏军开始反攻。西方方面军右翼各部向克林—索尔涅奇诺戈尔斯克第3、第4坦克集群发起突击。1941年12月7日，第16集团军从防御直接转入进攻。经一天激战，罗科索夫斯基解放了克留克沃。之后，各部在伊斯特拉方向上全线进攻。到10日、德军丧失了全部主要抵抗枢纽部，向伊斯特拉河一线退去。
罗科索夫斯基不给敌人以喘息之机，命令部队不停息地全速追击。在12月11日至12日的两天之内，第16集团军推进了10至16公里，在许多地段前出到伊斯特拉河一线。
1941年12月13日，苏联中央报刊的第一版上都刊登了西方面军的司令员朱可夫及其领导的各集团军司令的肖像。在罗科索夫斯基肖像上方的文字说明写道：“罗科索夫斯基将军的部队，在追击敌坦克第5、第10、第11师，党卫队师和步兵第35师的同时，占领了伊斯特拉市……”
1941年12月15日，第16集团军强渡伊斯特拉河，突破德军防线。德军退却。1941年12月20日，第16集团军同友邻部队前出到拉马河和鲁扎河一线。至此，罗科索夫斯基的部队在十几天的战斗中推进了100公里左右。
1942年1月中旬，为发展莫斯科近郊所取得的胜利，苏军发动了新的攻势。第16集团军于1月16日出击，当天攻克德军14个防御枢纽部。在罗科索夫斯基继续挥师挺进时，1月21日，他接到方面军司令部的命令：“将部队转隶友邻第5集团军。率集团军整个指挥机构到司令部接受新任务。”
在西方方面军指挥所，方面军参谋长索科洛夫斯基中将对罗科索夫斯基解释说，德军对左翼戈利科夫中将的第10集团军发起反突击，控制了苏希尼奇这个大铁路枢纽及其周围地区，罗科索夫斯基及其司令部应在最短的时间里赶到苏希尼奇地区，接管部队，并恢复原来的态势。罗科索夫斯基受命后立即率司令部赶往前线。这是他半年里第三次接手新部队。
1942年1月29日，方面军司令部接到罗科索夫斯基的报告：“已攻克苏希尼奇，并在那里设立了集团军司令部。”
紧接着，罗科索夫斯基利用所能集中的少的可怜的部队，对德军防御筑垒据点逐个进行攻击，动摇了德军防御，将德军逼到日兹德拉河。
1942年3月8日，罗科索夫斯基视察了准备攻打马克拉基的部队之后，回到苏希尼奇的司令部，开始了对苏希尼奇的例行炮击。一颗炮弹在司令部旁边爆炸，弹片击中罗科索夫斯基脊椎，在胁骨中间穿过，打穿肺部，幸而未触及心脏。
伤势严重的罗科索夫斯基被送去抢救。行前，他用极虚弱的声音对副手说：“要保证拿下马克拉基。之后……把他们从各据点赶走，不让他们固守……”
罗科索夫斯基接受手术之后，被送往莫斯科治疗。他身强体壮，恢复的较快。5月底，不待治疗结束，他便跑出医院，回到第16集团军。这时莫斯科会战已于1942年4月20日结束，德军对莫斯科的进攻遭到失败。但是苏德战场的整个形势仍对苏军不利。
7月初，苏军最高统帅部任命罗科索夫斯基为布良斯克方面军司令员。这时布良斯克方面军正处于十分艰难的境地。德军在1942年6月28日开始的进攻中，突破了布良斯克方面军和西南方面军的防御，向纵深推进150公里到170公里，强渡顿河，冲入沃罗涅日。1942年7月7日，苏最高统帅部将布良斯克方面军一分为二，一部分部队归入沃罗涅日方面军，一部分由罗科索夫斯基接管。罗科索夫斯基将司令部设在叶列茨以东几公里的下奥利沙涅茨村。布良斯克方面军编成内包括5个集团军和3个军。罗科索夫斯基首先阻止住德军由顿河西岸向北推进，使战局稳定下来。
新任司令员给布良斯克方面军官兵留下深刻印象。方面军司令员助理后来回忆说：“罗科索夫斯基不喜欢孤独，总是同司令部人员在一起。在布良斯克方面军，经常看列他在作战参谋那里，或者在参谋长马利宁的办公室里……他有渊博的军事知识、组织才能和深远的预见。他沉着镇静，思想深邃，善于协调副手、各兵种首长、司令部、军事委员会和方面军政治部之间的工作，创造一种愉决而融洽的气氛……此外，罗科索夫斯本身具有极大的魅力。他是一个刚毅、坚强，要求严格而严肃认真的人，他善于下达命令并使下级无条件执行命令。他沉稳．精神抖擞。脸上过早出现的皱纹表明他历尽艰辛……”
此时，布良斯克方面军防御地段相对沉寂。希特勒将进攻重点转向高加索和斯大林格勒。7月中旬，德军集结71个师发起斯大林格勒会战。8月中旬，德军攻占了顿河西岸的所有地区，苏军退至斯大林格勒外围组织防御。到9月中旬，斯大林格勒外围防御地带丧失殆尽，德军突入市内。守城苏军被分割成三块，但仍坚守城市，死不弃城。
苏军最高统帅部从9月开始准备反攻，为此在斯大林格勒地区新组编顿河方面军和西南方面军。10月初，罗科索夫斯基转任顿河方面军司令员，辖第65、第24和第66集团军。战线宽达400公里。10月中旬，顿河方面军转入进攻，欲图歼灭斯大林格勒以北的德军，与坚守在城内的崔可夫各师会合。这次进攻未能突破德军防线。
1942年11月13日，苏军最高统帅部批准了代号“天王星”的大反攻计划，以3个方面军攻击斯大林格勒德军集团两翼并围而歼之。1942年11月19日和20日，瓦图京中将的西南方面军和罗科索夫斯基的顿河方面军从谢拉菲莫维奇和克列茨卡亚一线，叶廖缅科上将的斯大林格勒方面军从萨尔平斯耶湖一带，先后发起反攻。经几天激战，3个方面军于23日在卡拉奇以东的苏维埃村会师，合围德保卢斯上将第6集团军全部和坦克第4集团军一部，共22个师，33万余人。
苏军围歼保卢斯第6集团军的“指环”作战计划由罗科索夫斯基统一指挥实施，斯大林格勒方面军编制撤销，所辖第57、第64和第62集团军转隶罗科索夫斯基的顿河方面军。
包括7个集团军的顿河方面军于1943年1月10日实施“指环”战役。此前两天，罗科索夫斯基向被围的保卢斯发出最后通牒：“……在你们毫无出路的情况下，为避免无谓的流血，我们建议你们接受以下投降条件：以您和您的司令部为首的全部被围德军部队停止抵抗……如果拒绝投降，将予以消灭……”署名是：红军最高统帅部大本营代表沃罗诺夫炮兵上将，顿河方面军司令员罗科索夫斯基中将，保卢斯拒绝了最后通牒。
1943年1月10日早8时零5分，第65集团军率先发起进攻。炮火准备持续了55分钟。几千门大炮齐声怒号，惊天动地。随后，苏军突击部队全速前进，迅速冲垮德军防线。进攻的第一天，第65集团军楔入德军防御纵深1.5公里至4.5公里。又经过3昼夜酌血战，苏军消灭了德军防御西面突出部的守军。1月12日日终时，第65集团军和第21集团军前出至罗索夫什卡河西岸。1943年1月15日，苏军突破德军中层防御围廓。这一天，顿河方面军司令员罗科索夫斯基晋升为上将。…
