1942年5月,当德军在北起列宁格勒,南至高加索、克里米亚的宽广战线上发起新的进攻,而总参谋长沙波什尼科夫因病情加剧,不得不离职休息的关键时刻,华西列夫斯基就任总参谋长,10月兼任苏联副国防人民委员,挑起了领导总参谋部、协助最高统帅部全面指导战争的千钧重担,参与指挥了列宁格勒、沃罗涅日等方向的防御作战。特别是在震惊世界的斯大林格勒会战期间,作为最高统帅部成员,亲临前线实施战役指导,指挥和协调各路苏军抗击敌人的进攻,成功地保卫了斯大林格勒这座光荣的城市,并主持制订反攻计划,一举围歼了德国陆军主力第6集团军及其辅助部队30余万人,使不可一世的法西斯军队遭到了前所未有的沉重打击。
1943年2月,华西列夫斯基晋升为苏联元帅。在此前后,组织指挥了奥斯特罗戈日斯克—罗索什战役、沃罗涅日—卡斯托尔诺耶战役、哈尔科夫战役等一系列进攻战役,共歼敌10余万人,将战线向西推进了200多公里,为苏军尔后连续实施大纵深进攻战役积累了经验。