На завершающем этапе Сталинградской битвы Василевский руководил боевыми действиями по отражению попыток деблокировать окруженную группировку и ее окончательной ликвидации. По его инициативе одна из лучших армий – 2-я гвардейская была брошена против группы армий «Дон», пытающейся деблокировать окруженную 6-ю армию Паулюса.
За участие в разгроме немецкой группировки в районе Сталинграда Василевский был награжден орденом Суворова I степени (№ 2).
После Сталинградской битвы немецкое командование решило подготовить наступление из Курского выступа, сложившегося в результате боев зимой и весной 1943 года. На этот раз разведка Генерального штаба своевременно вскрыла замысел противника. Было решено не переходить первыми в наступление, а занять жесткую оборону, выбить немецкие танки, измотать противника в оборонительных боях и только тогда перейти в наступление путем введения накопленных резервов.
В предстоящих оборонительных боях должны были принять участие войска Центрального фронта под командованием К.К.Рокоссовского и Воронежского – под командованием И.Ф.Ватутина, а также войска Брянского и левого крыла Западного фронтов.
5 июля началось немецкое наступление на Курской дуге, отражаемое соединением Центрального и Воронежского фронтов. Кульминацией оборонительных боев стало знаменитое танковое сражение под Прохоровкой 12 июля, в котором принимали участие до 1200 танков и самоходных установок. В тот же день перешли в наступление Брянский и Западный фронты, а 15 июля – и войска Центрального фронта.
В августе началась битва за Донбасс, в которой координация действий Юго-Западного и Южного фронтов была возложена на Василевского. С этими фронтами была связана деятельность Василевского и в ходе битвы за Днепр, а также в ходе освобождения Мелитополя, Кривого Рога, Запорожья и начало освобождения Крыма.
В следующем году войска фронтов, действия которых координировал Василевский, в весеннюю распутицу освободили Никополь, Николаев, Одессу и вышли к Днестру. В день освобождения Одессы 10 апреля Василевский был награжден орденом «Победа» (№ 2).
Летом основные военные действия были перенесены в Белоруссию, где войска четырех фронтов начали операцию «Багратион».
По предложению Василевского две армии, освободившие Крым были переброшены в Белоруссию, туда же выехало и бывшее управление 4-го Украинского фронта. Василевскому было приказано координировать действия 1-го Прибалтийского и 3-го Белорусского фронтов, которыми командовали молодые генералы И.Х.Баграмян и И.Д.Черняховский.
22 июня началось наступление фронтов. В первые дни боев был освобожден Витебск, западнее которого в котле оказалось около 5 немецких дивизий. 27 июня была освобождена Орша. Советские войска форсировали Березину. 3 июля войска 3-го и 1-го Белорусского фронтов встретились в Минске. Началось освобождение Прибалтики, которую Василевский не покидал до самого нового года.
Из Прибалтики бои перешли в Восточную Пруссию, изобилующую укрепленными районами. Вначале Василевский по-прежнему координировал действия 1-го Прибалтийского и 3-го Белорусского фронтов. Но после гибели Черняховского Василевский лично возглавил его войска. Он попросил Сталина освободить его от должности начальника Генерального штаба и назначить на свое место бывшего начальника Оперативного управления Генерального штаба А.И.Антонова.
Решающие бои развернулись на Зенландском полуострове и у Кенигсберга. 6 апреля начался штурм города-крепости, прикрываемого цепью фортов. Четыре армии штурмовали Кенигсберг, и к исходу четвертого дня штурма гарнизон крепости капитулировал.
Еще до окончания Великой Отечественной войны, летом 1944 года, Василевскому было объявлено о предстоящем назначении на пост командующего советскими войсками на Дальнем Востоке в войне с Японией. Сразу же после окончания Восточнопрусской операции Василевский был отозван в Москву, где приступил к подготовке плана войны.
Замысел Василевского сводился к одновременному нанесению ударов со стороны Забайкалья, Приморья и Приамурья к центру Северо-Восточного Китая. Боевые действия предстояло развернуть на территории около 1,5 млн кв. км и на глубину 200—800 км. Советским войскам предстояло рассечь на части Квантунскую армию японцев и затем разгромить ее. В операции должны были принимать участие войска Забайкальского фронта (командующий Маршал Советского Союза Р.А. Малиновский), 1-го и 2-го Дальневосточных (командующие Маршал Советского Союза К.А.Мерецков и генерал М.А.Пуркаев) и корабли Тихоокеанского флота и Амурской флотилии.