Девятого сентября танки и мотопехота Гудериана рассекли порядки 40-й армии и начали продвижение вперёд. Массированному удару немецких танков и штурмовых орудий 40-я армия могла бы противопоставить массированный огонь противотанковой артиллерии, но её у Варенцова не было. Начался выход из полуокружения, которое в любую минуту грозило стать полным окружением с последующей катастрофой и для людей, и для орудийного парка. Годы спустя, в 1944 году в госпитале после тяжёлого ранения Варенцов получил письмо. Напишет его некто Победин, офицер-артиллерист, в сентябре 41-го служивший при штабе артиллерии 40-й армии: «…Тяжёлые и горячие бои в 1941 году осенью под Ворожбой и Знаменкой. Вы лично руководили и спасали штабы 40-й. То был бой с бедой для жизни Вашей и Родины нашей, для Вас и для нас. Положение было критическим. Я смотрел смерти в глаза и с тех пор подружился с Вами. Пусть Вам припомнит память, как Вас окружили автоматчики. Пусть для интереса я больше не назову фамилий, а с лейтенантами и своим подразделением для Родины мы спасли „седую голову“. Слово „седая голова“ для нас любовное, для всех офицеров и бойцов Вашей артиллерии…»
Именно там, в боях под Ворожбой и на рубеже в районе Щигров в дивизионах и батареях его начнут называть Седая Голова.
Седеть он начал рано, после кронштадтской истории.
Во время контратак наши стрелки и артиллеристы порой захватывали немецкие орудия. Иногда целёхонькие, да ещё и с запасом неизрасходованных выстрелов к ним. Варенцов приказывал забирать трофейные пушки и использовать в бою взамен разбитых, вышедших из строя. Изучал их конструкцию и огневые качества. И пришёл к выводу, что образцы советской артиллерии ничуть не хуже немецких, а в большинстве своём намного превосходят аналоги противника. Вся сила превосходства немецкой артиллерии заключалась в умелом управлении, в методах, соответствующих принципам ведения современного боя, в умелом взаимодействии артиллерии с другими родами войск, особенно авиации и танков. Выводы напрашивались сами собой.
Сороковая армия генерал-лейтенанта К. П. Подласа[33] в 1941–1942 годах дралась на тех рубежах и направлениях, где Варенцову предстоит командовать артиллерией фронта летом 1943 года. Кузьма Петрович был доволен своим заместителем по артиллерии. В феврале 1942 года он дал на Варенцова такую характеристику: «Тов. Варенцов много труда и энергии приложил по созданию артиллерийских частей в период формирования армии, по укреплению боеспособности артиллерии, сохранению и приведению в порядок материальной части в период отхода.
Лично тов. Варенцов и его аппарат уделили большое внимание созданию новых артполков для дивизий, приложили много старания по изысканию и снабжению вооружением стрелковых частей армии.
Тов. Варенцов храбрый, волевой и решительный генерал. Уделяет максимум вниманию умелому и решительному использованию артиллерии во всех видах боя. По личной инициативе и по заданию Военного совета неоднократно выправлял тот или иной слабый участок наших войск. Систематически бывает в частях и принимает необходимые меры по повышению их боеспособности.
Тов. Варенцов удостоен правительственной награды — ордена Ленина. Среди начсостава, в частности артиллеристов, пользуется заслуженным деловым авторитетом.
Делу Ленина-Сталина и социалистической Родине предан.
Занимаемой должности заместителя командующего армией по артиллерии вполне соответствует».
Варенцов прекрасно разбирался и в сложностях общевойскового боя. Впоследствии, на Воронежском фронте, генерал Н. Ф. Ватутин не раз будет направлять его на трудные участки для выправления ситуации.
В начале апреля 1942 года 40-я армия была передислоцирована на Брянский фронт. В середине лета Варенцов возглавил артиллерию 60-й армии Воронежского фронта. Участвовала в Воронежско-Ворошиловградской операции. Именно под Воронежем Варенцов проявил себя как организатор мощной артиллерийской противотанковой обороны. Артиллеристами 40-й армии было уничтожено до 300 танков противника, 115 автомашин и до 10 батальонов пехоты противника. Здесь Варенцов впервые создал армейские артиллерийские группы, которые компактно и оперативно действовали и в обороне на танкоопасных направлениях — «огнём и колёсами», — и в контрударах.
В сентябре 1942-го Варенцов был назначен начальником артиллерии 60-й армии генерала И. Д. Черняховского, с которым генерал-артиллерист не сработался. Впрочем, на эффективности артиллерии это не сказалось, там более что уже в начале октября он получил новое назначение — командующим артиллерией Воронежского фронта.
До Курской битвы войска Воронежского фронта провели ряд крупных боевых действий — Острогожско-Россошанскую, Харьковскую наступательную и Харьковскую оборонительную операции. 4 февраля 1943 года Варенцову присвоено очередное воинское звание генерал-лейтенанта артиллерии.