Контрудары войск Юго-Западного фронта восточнее Ново-град-Волынского, где действовал корпус Рокоссовского^ и в районе Бердичева вынудили противника приостановить наступление на подступах к Киевскому укреплённому району.
В июле 41-го Рокоссовский возглавил одну из пяти армейских оперативных групп, созданных в соответствии с директивой начальника Генерального штаба от 18.7. для нанесения ударов из районов Белого, Ярцева, Рославля по сходящимся направлениям на Смоленск с задачей во взаимодействии с 16-й и 20-й армиями разгромить противника севернее и южнее города.
Действуя на важнейшем направлении в течение нескольких дней, группа Рокоссовского, сформированная им из отходивших частей, отражала на рубеже реки Вопь в районе Ярцево ожесточённые атаки танковых соединений Гота, стремившихся прорваться на восток к Вязьме и в юго-восточном направлении к Ельне в целях соединения с частями 2-й танковой группы Гудериана.
При организации обороны на левом берегу реки Вопь войска Рокоссовского впервые за войну сделали попытку создать противотанковую оборону, основанную на противотанковых опорных пунктах, размещаемых на танкоопасных направлениях. 28 июля группа нанесла контрудар, в результате которого соединения противника были вынуждены перейти к обороне. А 1 августа, одновременным ударом группы с востока и частей 16-й и 20-й армий с запада, находившихся в окружении, был прорван фронт окружения.
После выхода войск из окружения генерал-майор Рокоссовский вступил в командование 16-й армией. Участвуя в оборонительных и наступательных боях, войска его армии форсировали Вопь, овладели вражескими укреплениями на западном берегу, отвлекая на себя часть резервов противника из Ельни, способствуя успешному проведению Ельнинской операции Резервного фронта.
Заметную роль его армия сыграла и в обороне Москвы. Она достаточно активно участвовала в Можайско-Малоярославецкой и Клинско-Солнечногорской оборонительной операциях.
В ходе октябрьского наступления противника войска 16-й армии, прикрывая подступы к столице на Волоколамском направлении, проявили исключительное упорство.
Против армии противник бросил четыре дивизии (200 танков), а у него на каждый стрелковый батальон и кавалерийский полк приходилось не менее 5 км фронта обороны. Плотность же артиллерии на 1 км не превышала двух орудий. Тем не менее Рокоссовскому удалось противопоставить массированным ударам противника при поддержке авиации хорошо организованную оборону, в которой огромную роль сыграли противотанковые опорные пункты и районы. 27 октября 16-я армия остановила немцев восточнее Волоколамска благодаря чёткому управлению, умелым маневрам силами и своевременным вводом резервов.
В ходе нового ноябрьского наступления противника на Волоколамско-Истринском направлении против его армии, занимавшей фронт обороны в 70 км, перешла в наступление 4-я танковая группа (не менее 400 танков) при массированной поддержке авиации. Но уже 5 декабря она была остановлена приблизительно в 20 км от главного рубежа Московской зоны обороны умело организованной обороной, которая отличалась стойкостью и высоким моральным духом войск Константина Константиновича.
Армия Рокоссовского первой перешла в контрнаступление под Москвой. «Глубокий снежный покров и сильные морозы, — писал он в своих мемуарах, — затрудняли нам применение маневра в сторону от дорог с целью отрезать пути отхода противнику. Так что немецким генералам, пожалуй, следует благодарить суровую зиму, которая способствовала их отходу от Москвы с меньшими потерями, а не ссылаться на то, что русская зима стала причиной их поражения».
Феликсу Чуеву рассказывали, что после победы под Сталинградом одним из первых Рокоссовскому прислал поздравление начальник тюрьмы («Кресты»), где он сидел с 17 августа 1937 г. по 22 марта 1940 года. «Рад стараться, гражданин начальник!» — ответил ему Рокоссовский.
А вот что поведал Ф. Чуеву Главный маршал авиации А.Е. Голованов: «Когда мы прибыли из Сталинграда, нас принял Сталин, это после завершения операции “Кольцо”, всех поздравил, пожал руку каждому из командующих, а Рокоссовского обнял и сказал: “Спасибо, Константин Константинович!” Я не слышал, чтобы Верховный называл кого-то по имени и отчеству, кроме Б.М. Шапошникова, однако после Сталинградской битвы Рокоссовский был вторым человеком, которого И.В. Сталин стал называть по имени и отчеству. Это все сразу заметили. И ни у кого тогда не было сомнения, кто самый главный герой — полководец Сталинграда…»