С Лоевского плацдарма началось участие 65-й армии в Гомельско-Речицкой операции, проведенной в сложных условиях Полесья. И опять 65-я армия действовала на направлении главного удара. Перед командующим сразу возник целый ряд нелегких задач, в том числе по использованию в составе армии танковых и кавалерийских корпусов. Батов нашел оригинальное решение: «В каждом танковом корпусе, — писал он в своих мемуарах, — две бригады клином входили в прорыв… В расчищенный танкистами район врывались дивизии кавалерийского корпуса. За ними входила в прорыв третья бригада танкового корпуса… Боевые задачи танков и кавалерии имели строгое разграничение. Танкисты уничтожали боевую технику, а кавалеристы преследовали пехоту. Дивизии стрелковых корпусов после выхода танков и кавалерии на оперативный простор свертывались в колонны и вступали в бой лишь с остатками недобитых сил врага. Обеспечивался высокий темп наступления». Предложенный П. И. Батовым способ действий, при котором кавалерийские соединения как бы «заковывались» в танковые ромбы, в последующем широко использовался конно-механизированными и конно-танковыми группами.
Наступление 65-й армии развивалось успешно. Батов проявил исключительное мастерство в использовании крупных масс разнообразных войск в условиях сложной лесисто-болотистой местности.
В боях в Полесье 65-я армия впервые встретилась с задачей организации взаимодействия войск с партизанскими соединениями и частями. С начала декабря через так называемые «партизанские ворота» партизаны снабжались оружием, боеприпасами, снаряжением, а в армию шло пополнение с оккупированной фашистами территории. Батов, его заместители встречались с командирами партизанских соединений, совместно вырабатывали решения, получали от партизан ценные разведывательные сведения. Было проведено несколько заседаний Военного совета армии, на которых заслушивались сообщения командиров Минского, Полесского и других партизанских соединений, представителей действовавших в тылу врага обкомов и райкомов партии.
В Полесье гитлеровцы совершили одно из самых гнусных своих преступлений — умышленно распространили сыпной тиф. Батову доложили, что в полосе наступления армии обнаружено несколько небольших концлагерей. В отличие от других районов немецко-фашистское командование не дало приказа об уничтожении узников этих лагерей при приближении советских войск. Командарм поставил задачу разведке: выяснить обстановку. Оказалось, что путем направления в полесские лагеря 2000 человек, зараженных сыпным тифом, и распространения зараженного белья гитлеровцы намеревались вызвать в советских войсках крупную эпидемию. Только самые решительные меры, создание в полосе наступления 65-й армии специальных инфекционных госпиталей, проведение профилактических прививок личному составу предотвратили массовые заболевания сыпным тифом.
За время наступления в Полесье войска 65-й армии освободили 33 тысячи узников фашистских концлагерей. Батов посещал госпитали, всегда интересовался, как питаются, как одеты освобожденные из концлагерей, требовал повседневного внимания к их нуждам.
Время двигалось вперед… Батов, мысленно предвосхищая события, видел освобожденную Белоруссию, Польшу, наступление к границам фашистского рейха…
17 февраля 1944 года Белорусский фронт был разделен на 1-й и 2-й. Командующий 1-м Белорусским фронтом К. К. Рокоссовский, которому недавно было присвоено звание Маршала Советского Союза, во второй половине мая вызвал в Гомель всех командармов. Информация была короткой, но исчерпывающе ясной.
— Ставкой Верховного Главнокомандования, — сказал Рокоссовский, — планируется операция под кодовым названием «Багратион» как один из основных ударов на советско-германском фронте летом 1944 года. Кроме нашего 1-го Белорусского фронта, в операции будут участвовать еще три фронта: 1-й Прибалтийский, 3-й Белорусский и 2-й Белорусский.
Командующий фронтом сообщил командармам, что войскам 1-го Белорусского фронта на первом этапе операции «Багратион» поставлена задача правым крылом провести Бобруйскую наступательную операцию, а левым — сковывать противника и готовиться к наступлению на Люблинском направлении.
С волнением Батов выслушал замысел операции, в которой 65-й армии вновь отводилась весьма важная роль: нанесение вместе с 28-й армией удара на Осиновичи, в обход Бобруйска с юго-запада, окружение и ликвидация бобруйской группировки врага. Здесь уместно сказать о факте, который вновь характеризует способность Батова предвидеть развитие событий. Всего за педелю до совещания в Гомеле командарм провел в штабе 65-й армии командно-штабное учение с привлечением командиров соединений, на котором проигрывались… действия армии в обход Бобруйска с юго-запада.