Контрудары войск Юго-Западного фронта восточнее Новоград-Волынского, где действовал корпус Рокоссовского, и в районе Бердичева вынудили противника приостановить противника на подступах к Киевскому укрепленному району.
В июле 41-го Рокоссовский возглавил одну из пяти армейских оперативных групп, созданных в соответствии с директивой начальника Генерального штаба от 18 июля для нанесения ударов из районов Белого, Ярцева, Рославля по сходящимся направлениям на Смоленск с задачей во взаимодействии с 16-й и 20-й армиями разгромить противника севернее и южнее города.
Действуя на важнейшем направлении в течение нескольких дней, группа Рокоссовского, сформированная им из отходивших частей, отражала на рубеже реки Вопь в районе Ярцево ожесточенные атаки танковых соединений Гота, стремившихся прорваться на восток к Вязьме и в юго-восточном направлении к Ельне в целях соединения с частями 2-й танковой группы Гудериана.
При организации обороны на левом берегу реки Вопь войска Рокоссовского впервые за войну сделали попытку создать противотанковую оборону, основанную на противотанковых опорных пунктах, размещаемых на танкоопасных направлениях. 28 июля группа нанесла контрудар, в результате которого соединения противника были вынуждены перейти к обороне. А 1 августа, одновременным ударом группы с востока и частей 16-й и 20-й армий с запада, находившихся в окружении, был прорван фронт окружения.
После выхода войск из окружения генерал-майор Рокоссовский вступил в командование 16-й армией. Участвуя в оборонительных и наступательных боях, войска его армии форсировали Вопь, овладели вражескими укреплениями на западном берегу, отвлекая на себя часть резервов противника из Ельни, способствуя успешному проведению Ельнинской операции Резервного фронта.
Заметную роль его армия сыграла и в обороне Москвы. Она достаточно активно участвовала в Можайско-Малоярославецкой и Клинско-Солнечногорской оборонительной операциях.
В ходе октябрьского наступления противника войска 16-й армии, прикрывая подступы к столице на Волоколамском направлении, проявили исключительное упорство.
Против армии противник бросил четыре дивизии (200 танков), а у него на каждый стрелковый батальон и кавалерийский полк приходилось не менее 5 км фронта обороны. Плотность же артиллерии на 1 км не превышала двух орудий. Тем не менее Рокоссовскому удалось противопоставить массированным ударам противника при поддержке авиации хорошо организованную оборону, в которой огромную роль сыграли противотанковые опорные пункты и районы. 27 октября 16-я армия остановила немцев восточнее Волоколамска благодаря четкому управлению, умелым маневрам силами и своевременным вводом резервов.