В марте 19-го года в Царицын вновь прибыл Троцкий. В ряду других краскомов Думенко получил из его рук орден Красного Знамени № 33.
Вскоре Думенко назначают помощником начальника штаба 10-й армии по кавалерии. С этого момента он передал командование дивизией своему бывшему помощнику С. М. Буденному.
Во время весеннего наступления командарм А. И. Егоров поручает Думенко командование левой группой армии, куда входили две кавдивизии и три стрелковых соединения с войсковой конницей. Стремительный бросок красных полков практически деморализовал казачью армию Краснова, опрокинул конную группу генерала Мамонтова, погнал противника за Сал и Маныч, в солончаковые степи и калмыцкие пески.
О вкладе Думенко в успех общего наступления говорит телеграмма В. И. Ленина: «Передайте мой привет герою 10-й армии товарищу Думенко и его отважной кавалерии, покрывшей себя славой при освобождении Великокняжеской от цепей контрреволюции. Уверен, что подавление красновских и деникинских банд будет доведено до конца».
Однако отступавших красновцев мощно поддержали Добровольческая и Кавказская армии Деникина, почти в три раза численно превосходившие части 10-й армии. На их вооружении – аэропланы, бронепоезда, бронеавтомобили, большое количество артиллерии. Самый удобный и короткий путь к Царицыну – железнодорожная ветка, ведущая из кубанской станицы Тихорецкая. Ее-то и поручили оборонять группе войск во главе с Думенко. В этой трагической ситуации у народного полководца был единственный резерв – личное мужество. И Думенко без устали бросается в самые горячие места боя. Рассредоточивает на опасных участках артиллерию и пулеметные тачанки (кстати, впервые они были применены в его кавалерийской бригаде), подбадривает красноармейцев словом и меткой стрельбой, отчаянно скрещивает шашку с врангелевскими рубаками. Как степной орел летал он на своем скакуне по полю боя, пока вражеская пуля не сшибла его с коня. В этом же бою был серьезно ранен и командарм Егоров. Его и Думенко увезли в госпитальную хирургическую клинику Саратова, где профессор С. Спасокукоцкий едва ли не чудом выходил красных командиров.
У Думенко запало простреленное легкое, плетью висела правая рука. Можно было сказать с чистым сердцем: «Хватит, отвоевался!». Нашлась бы и в тыловых ведомствах подходящая служба. Кто-то другой, наверное, так бы и сделал и жил бы спокойно при славе и авторитете. Но только не Думенко. Не мыслил он себя без конницы, особенно в столь горький для Республики момент: сдан Царицын, белые на подступах к Саратову, Воронежу, Курску, Орлу… У Деникина рвутся на Москву конные корпуса Шкуро, Мамонтова, Улагая, Коновалова, Покровского, Топоркова… А что им противопоставить? Единственный корпус Буденного?.. Формировался еще один в Саранске Ф. К. Мироновым. Да недоразумение с ним вышло. Слишком медленно поступало пополнение, вооружение, боеприпасы, снаряжение. К тому же РВС Южного фронта направил туда группу политработников, которые в свое время участвовали в расказачивании на Дону. Казаки, призванные в корпус, не доверяли этим политкомам, те, в свою очередь, косились на комкора и его штаб. Чувствуя недоверие членов РВС корпуса и фронта, Миронов обратился за помощью в Казачий отдел ВЦИК. Не дождавшись ответа на свое письмо, он решил выступить на фронт самостоятельно, телеграфировав в штаб 9-й армии: «Прошу передать Южному фронту, что я, видя гибель революции и открытый саботаж с формированием корпуса, не могу больше находиться в бездействии, зная из писем, что он меня ждет, выступаю с имеющимися у меня силами на жестокую борьбу с Деникиным и буржуазией».