В сентябре 1942 года Ворожейкин был назначен в 728 ИАП – потрепанный в боях полк, вооруженный устаревшими И-16. Он хорошо зарекомендовал себя и вскоре был назначен командиром 2-ой эскадрильи. Но участвовать в боях на истребителях Поликарпова было невозможно, и полк использовался для сопровождения. В марте 1943 года 728 ИАП отвели в тыл для перевооружения на Як-7. Полк вернулся на фронт 10 июля 1943 года, в самый разгар Курской битвы. Вскоре Ворожейкин сбил Bf 109G-2 – его первая победа с 1939 года, несмотря на этот успех, после четырёх дней боёв в его части осталось всего восемь боеготовых истребителей.
14 июля Ворожейкин повёл группу из четырёх Як-7 в бой против волны Ju 87, сопровождаемых Bf 109. Он сбил два пикирующих бомбардировщика, а его напарники по одному. Истребитель Ворожейкина был подбит, его кабина стала наполняться дымом, и пилот лёг на обратный курс. Он решил воспользоваться парашютом, но оказалось, что фонарь кабины заклинило. К счастью, он смог дотянуть до передового аэродрома и благополучно приземлиться. В его самолёт попало только две пули – одна пробила радиатор, а другая заклинила фонарь. После этого Ворожейкин снимал фонарь со всех своих истребителей, несмотря на то, что это увеличивало сопротивление и ухудшало лётные характеристики.
4 августа 1943 года группа Ворожейкина, состоявшая из шести Як-7, столкнулась над Томоровкой с крупным формированием Ju 87, летящих под прикрытием истребителей. В завязавшимся бою Ворожейкин сбил три «Штуки» и один Bf 109, а его пилоты одержали ещё несколько побед. Два советских лётчика были сбиты, а третий тяжело ранен.
В копне октября 1943 года началась операция по освобождению Киева, и 4 ноября Ворожейкин и его ведомый сбили по Fw 190. На следующий день ас Игорь Кустов предложил окрасить носовую часть истребителя в красный цвет, вплоть до кабины. Это напоминало красное знамя, и было сделано в честь 26-летия революции и предстоящего освобождения Киева, состоявшегося через 48 часов.
Летя на свежеокрашенном Як-7, западнее Киева Ворожейкин снова атаковал немцев и сбил ещё один Fw 190. Он отметил, что это была его 13-я победа за войну. Десять самолётов он сбил во время освобождения Киева, а все победы одержал всего за четыре месяца боёв, начиная с 10 июля.
4 февраля 1944 года Ворожейкин стал героем Советского Союза. Двумя месяцами ранее 728 ИАП перевооружился на Як-9Д. и Ворожейкин получил самолёт, оснащенный фотокамерой. В начале февраля полк вернулся на фронт и базировался около Житомира.
Ворожейкин не только часто летал на разведку на своём Як-9Д, но и приобрёл опасную привычку фотографировать результаты своих побед. 28 февраля 1944 года он поднялся в воздух, чтобы перехватить Fw 189 и два самолёта неизвестного типа, бомбивших советские войска к северу от Луцка. Когда он прибыл на место, выяснилось, что неизвестные самолёты – это бипланы Хейншель, один из которых советский пилот тут же сбил. Он решил снизиться и сфотографировать обломки, но был неожиданно обстрелян из легкого оружия из ближайшего леса. Истребитель получил повреждения и Ворожейкин повернул домой. Но мотор его машины отказал и он совершил аварийную посадку в 40 км от линии фронта, после чего его вывезли на полковом По-2.