在莫斯科保卫战胜利后，1942年初，苏军在各个战线进行了春季反击，切尔尼亚霍夫斯基指挥他的师参加了西北方面军和加里宁方面军联合发起的德米扬斯克战役，他的部队完成了对德军的合围行动。因作战指挥出色，切尔尼亚霍夫斯基两次获得了红旗勋章。同年5月5日，他晋升为少将军衔。

1943年1月，为配合斯大林格勒的反攻作战，沃罗涅日方面军和布良斯克方面军联合民起了沃罗涅日-卡斯托尔诺耶战役，切尔尼亚霍夫斯基以和当面敌军相当的兵力发起攻击，一举突破了德军防线，于1月25日解放了沃罗涅日，1月29日解放卡斯托尔诺耶，2月8日解放库尔斯克。共歼敌37000余，俘虏17000人左右，并将集团军当面战线向西推进了300公里左右。

此次战役切尔尼亚霍夫斯基的第60集团军几乎占了所有参战部队一半的战绩，为此切尔尼亚霍夫斯基被授予了刚刚设立的一级苏沃洛夫勋章，这是在胜利勋章颁布前的苏联最高军功勋章，同时他还获得了他的第3枚红旗勋章。2月14日，切尔尼亚霍夫斯基晋升为中将。

切尔尼亚霍夫斯基的指挥风格强硬而不失冷静，进攻犀利防守坚决，在整个卫国战争期间斯大林34次嘉奖了切尔尼亚霍夫斯基的部队和他本人，这在苏军将领中是独一无二的。切尔尼亚霍夫斯基爱兵如子，与朱可夫为了胜利可以不惜一切代价不同，他总是避免自己的部队有较大的伤亡，他本人并不抽烟，但他每次遇到红军总后勤部长赫鲁廖夫都要缠着对方要对方把最好的香烟提供给他的部队。切尔尼亚霍夫斯基由此受到了部下的一致爱戴。

据可靠资料，切尔尼亚霍夫斯基牺牲时，晋升他为苏联元帅的报告已经提交，正常的话10天后就能晋升为苏联元帅，英年早逝让切尔尼亚霍夫斯基与苏联元帅失之交臂，而且是最年轻的苏联元帅。当他的死讯传到莫斯科时，斯大林感到十分震惊，过后下令莫斯科124门礼炮齐鸣24响以向切尔尼亚霍夫斯基的死致哀。切尔尼亚霍夫斯基被埋葬在了他解放的维尔纽斯，在他的墓前安放了他的全身塑像，他年仅37岁的妻子赶到了维尔纽斯为他举行了葬礼，此后她一直保持了单身。