Василевский внес существенный вклад в формирование стратегии Ставки по срыву наступления вермахта летом и осенью 1942 года на Сталинград. Он был одним из ведущих архитекторов наступления Красной Армии в районе Сталинграда в ноябре-декабре 1942 года, а в качестве представителя Ставки контролировал перерастание Сталинградского контрнаступления в полноценное зимнее наступление, которое обрушило оборону вермахта на юге России и стремительно увлекло войска Красной Армии на запад – к Днепру и в Донбасс.
Повышенный в январе 1943 года до звания маршала Советского Союза, Василевский в начале февраля 1943 года добился таких успехов на юге, что подтолкнул Жукова и Ставку к идее провести общее наступление на всем советско-германском фронте. Сам Василевский должен был координировать операции на юге, а Жуков – на севере. Это наступление имело крайне амбициозные цели, оно должно было обрушить немецкую оборону от Ленинграда до Черного моря и вывести войска Красной Армии к Пскову, Витебску и на линию Днепра. Однако, столкнувшись с решительным и умелым сопротивлением немцев, весеннее наступление провалилось практически на всех участках, не оставив Жукову и Василевскому никакого иного выбора, кроме перехода в марте-апреле 1943 года к обороне под Курском.
Вместе с Жуковым Василевский планировал и координировал в июле-августе 1943 года оборону, контрнаступление и общее наступление Красной Армии в районе Курска. После этого, пока Жуков в сентябре-октябре 1943 года координировал наступление Красной Армии на Киев, Василевский курировал операции по очистке от вермахта района Донбасса. После форсирования в ноябре 1943 года Днепра он руководил действиями 3-го и 4-го Украинских фронтов на восточной [36] Украине и при освобождении Крыма, где был ранен в мае 1944 года. Еще до конца не оправившись от ранения, Василевский сыграл значительную роль в планировании Белорусского наступления Красной Армии в июне 1944 года, во время которого координировал действия 1-го и 2-го Прибалтийских и 3-го Белорусского фронтов.
После планирования и координации им в январе – начале февраля 1945 года успешного наступления Красной Армии в Восточной Пруссии Сталин в конце февраля назначил Василевского членом Ставки – в знак признания его долгой и выдающейся службы в качестве ее представителя. Одновременно Сталин в первый раз за время войны назначил Василевского командовать полевыми войсками – 3-м Белорусским фронтом, предыдущий командующий которого, талантливый генерал-полковник И. Д. Черняховский, 18 февраля погиб в бою под Кенигсбергом. Когда Василевский принял командование фронтом, на посту начальника Генштаба маршала сменил его заместитель и протеже А. И. Антонов.