1943年1月22日，顿河方面军全线出击。1943年1月26日，第21集团军的部队冲入斯大林格勒城内，与坚守数周的苏军守卫部队会师。1943年1月31日，走投无路的保卢斯及其司令部向罗科索夫斯基投降。但是被围德军部队拒绝停止抵抗。罗科索夫斯基发起最后的攻击。
1943年2月2日，罗科索夫斯基向最高统帅报告：“顿河方面军务部已于1943年2月2日16时完成了您的命令，全部粉碎并歼灭了敌斯大林格勒集团……斯大林格勒市及斯大林格勒地域的战斗行动已经停止。”
历时160天的斯大林格勒会战以苏军的最后胜利而告终。这次战役德军损失150万人。斯大林格勒会战的胜利是苏德战场的一个转折点。苏军从此开始由战略防御转入战略进攻。
罗科索夫斯基上将未来得及去一趟浸透着英雄守卫者鲜血的斯大林格勒市，1943年2月2日当晚，斯大林便召他立刻飞往莫斯科，接受新的任务。
1943年2月15日，斯大林命令罗科索夫斯基以顿河方面军的指挥机构，组编苏联中央方面军，罗科索夫斯基任方面军司令员，紧急开到叶列茨地域，在布良斯克方面军和沃罗涅日方面军之间展开，对德军奥廖尔集团的翼侧和后方进行攻击。中央方面军编成内有第21、第65和第70集团军，坦克第2集团军，以及空军第16集团军。
组织进攻的时间太短。但是罗科索夫斯基按期于2月25日发起进攻。苏军开始阶段的进攻十分顺利。第65集团军和坦克第2集团军突破德第2集团军防线，到3月6日推进了30至60公里。德军为免使奥廖尔集团遭到纵深包围，急忙从勒热夫和维亚济马增调数个步兵师和坦克师，摆在罗科索夫斯基的中央方面军当面。
罗科索夫斯基进攻受阻。他向大本营指出，以中央方面军状况，无法继续向布良斯克一斯摩棱斯克方向进攻。大本营于1943年3月7日变动了中央方面军的任务，第65、第70和第21集团军改在北面和东北方向上进攻，帮助布良斯克方面军歼灭德军奥廖尔集团。战役进展仍不顺利。第70集团军无组织地从行进间分批投入战斗，未能向前推进。罗科索夫斯基亲自到第70集团军司令部了解失利原因，认为是集团军司令员指挥不力，当即撤换了他。罗科索夫斯基认为自己也有责任。他在回忆录中写道：“在追究集团军指挥人员和司令部作战失利责任的同时，我自己和我的司令部也难辞其咎：我们没有检查部队的准备情况，不了解他们的指挥人员，就给集团军下达任务。使其仓促投入战斗。这是我应汲取的一次教训……”
大本营决定停止对德军奥廖尔集团的进攻。自3月21日起，中央方面军在戈罗季谢、小阿尔汉格尔斯克、特罗斯纳、利季日、科列涅沃地区转入防御，和布良斯克方面军一起，形成库尔斯克突出部正北面。3月底，沃罗涅日方面军在击退德军进攻之后态势也稳定下来。于是，苏军在库尔斯克突出部形成一个孤形战线，弧部向着德军。
希特勒为了从苏军手中夺回战略主动权，于1943年4月15日下达了6号作战令：“以别尔哥罗德地域的一个突击集团和奥廖尔以南的一个突击集团，坚决而迅速地进行集中突击，以向心进攻的方法合围并歼灭库尔斯克地域之敌……”
中央方面军及其南翼友邻沃罗涅日方面军将面临德军的集中突击。
苏军对德军的主突目标做出了正确判断。朱可夫在4月8日给最高统帅部的报告中写道：“我认为，敌人将对中央、沃罗涅日、西南三个方面军进行主要进攻战役，以便粉碎这一方向的我军，取得机动自由，沿最近的方向迂回莫斯科。”罗科索夫斯基于1943年4月10日在给总参谋部的报告中也明确指出：“1943年春夏时期，敌人的进攻将只能在库尔斯克—沃罗涅日方向。”4月12日，沃罗涅日方面军也向大本营提交了内容相似的报告。
1943年4月12日晚，最高统帅部大本营定下决心，要求各方面军在所有的特别重要方向上，特别是在库尔斯克突出部，建立巩固的纵深梯次配置防御，先以强大的防御迎敌，然后转入反攻并彻底歼敌。
1943年4月28日，罗科索夫斯基晋升为大将军衔。
此时中央方面军的编成做了调整，现有第13、第48、第60、第65和第70集团军，并有预备队坦克第2集团军、1个步兵军和2个坦克军。空军第16集团军负责对方面军的空中掩护。
罗科索夫斯基建立了纵深梯次配置，设立了6道基本防御地带、大量的中间地区和斜切阵地，挖掘堑壕和交通壕5000公里。罗科索夫斯基断定德军将以主要兵力突击方面军右翼上方的奥廖尔突出部的根部，他毅然决然地在这一方向上布置了高密度的兵力和兵器。在这95公里的地段，他集中了方面军全部步兵兵力的58%，炮兵的70%，坦克和自行火炮的87%，并配置了第2梯队和预备队。为加强奥廖尔—库尔斯克铁路沿线的第13集团军，罗科索夫斯基调去拥有700多门火炮和迫击炮的炮兵军，使每公里正面上有92门76毫米以上的大炮，这是前所未有的密度，是敌人进攻所能建立的密度的1.5倍。
在德军进攻的整个方向上，苏军部署了罗科索夫斯基的中央方面军和瓦杜丁大将的沃罗涅日方面军共130万人，2万门火炮和迫击炮，3600辆坦克和自行火炮，3130架飞机。其后还有科涅夫的草原方面军58万人，9000门火炮和1640辆坦克及自行火炮。
7月4日晚，罗科索夫斯基从德军俘虏中得知德军已于当天早晨3时开始进入出发地。罗科索夫斯基估计德军将于次日凌晨发起进攻，决定先采取行动，但已来不及报告和请示大本营，他与最高统帅部代表朱可夫元帅商量后，发出进行反击令。
7月5日凌晨2时20分，罗科索夫斯基的部队开始对正面德军进行射击(参见库尔斯克战役)，反击持续了30分钟。5时30分，德军发起进攻，主突地段是奥利霍瓦特卡地域。普霍夫第13集团军的第15师和第81师与敌激战一天，击退德军4次进攻，之后被迫后撤。这一天德军以巨大代价向苏军防御纵深推进6至8公里。
罗科索夫斯基以坦克第2集团军和坦克第19军对突入之敌进行反击，以恢复原来的态势。坦克部队遭敌机轰炸，并受到德“虎”式坦克的阻击，损失很大，反击未果。
第二天，德军又在奥利霍瓦特卡方向上推进了2公里，并开始将进攻锋头稍向右转，指向波内里火车站地域。
罗科索夫斯基将现有兵力做了大胆而坚决的机动，他毫不犹豫地将受到威胁较小地段的部队调到奥利霍瓦特卡和波内里地域。
德军在各进攻地段均未取得重大突破，于是投入全部预备队，经4天激战，德军仅前进了10公里。
1943年7月12日，德坦克第4集团军和苏近卫坦克第5集团军在库尔斯克突出部南正面的普霍罗夫卡附近展开了一场对攻战。这是世界战争史上最大的一次坦克战，双方共投入了1200辆坦克。双方各损失了300辆坦克，都退回了出发地，而德军此后已再无力进攻。苏军转入反攻。
十分疲惫的中央方面军未经休息，立即参加了对德军奥廖尔集团的总攻。从1943年7月15日开始，经3天战斗，战线恢复1943年7月5日以前态势。此后罗科索夫斯基不断扩大战果。德军的抵抗相当顽强。苏军未及完成合围，仅将德军逐出奥廖尔。同天，沃罗涅日方面军解放了别尔哥罗德。
当晚，斯大林命令在莫斯科“鸣礼炮向杰出的部队和他们的指挥员致敬”。124门礼炮鸣响了12下。
罗科索夫斯基的部队继续向西推进，1943年8月30日进入北乌克兰境内，随后相继解放了雷利斯克、克罗列韦茨、普季夫利、沃罗涅日等地。
1943年9月7日，中央方面军各集团军前出至杰斯纳河。10天后，罗科索夫斯基强渡杰斯纳河，突破德军西岸防御，直指基辅。1943年9月18日，大本营命令罗科索夫斯基将主攻方向转向切尔尼戈夫。战事进展顺利。1943年10月2日，中央方面军改称白俄罗斯方面军。到11月底，罗科索夫斯基大将的白俄罗斯方面军已肃清了白俄罗斯大片领土上的德军。并解放了战略要地戈梅利。1943年11月26日，莫斯科再次鸣礼炮向罗科索夫斯基和他的部队致敬。…
