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.
Вскоре в Красной армии было восстановлено корпусное звено. И сразу же Варенцов начал формировать корпусные артиллерийские группы. Корпусная группа артиллерии дальнего действия состояла из трёх пушечных полков и артиллерийского разведывательного дивизиона. Во время Сталинградской битвы это дало нашим войскам большое преимущество. Кроме того, для успешного проведения Острогожско-Россошанской наступательной операции Ставка усилила Воронежский фронт двумя артиллерийскими дивизиями, одной миномётной дивизией, зенитной артиллерийской дивизией, а также несколькими отдельными артполками РГК. Такое усиление дало войскам фронта преимущество в артиллерии в 1,5 раза. В руках командующего артиллерией впервые за всю войну появилась сила, которой он мог маневрировать, не опасаясь оставить без артиллерийского прикрытия даже второстепенные участки фронта. В то время как на участках прорыва было достигнуто десятикратное превосходство артиллерии: 108 орудий и миномётов на километр фронта.
После артподготовки, проведённой в два этапа, пехота пошла вперёд во весь рост. При этом лёгкая и самоходная артиллерия продвигалась позади пехотных цепей и танков. При обнаружении огневых точек тут же вступала в дело и точными выстрелами гасила их.
Итогом операции стало окружение крупной группировки противника в районе Россоши и Острогожска. Уничтожали её, блокированную, тоже тяжёлой артиллерией и миномётами, массируя огонь на определённых целях и направлениях.
Почти без всякой паузы войска Воронежского фронта приступили к проведению Воронежско-Касторненской операции. И здесь артиллерия показала себя блестяще. За успешное руководство артиллерией в ходе этой масштабной стратегической операции генерал С. С. Варенцов был награждён первым своим полководческим орденом — орденом Кутузова 1-й степени.
Зимой и весной 1943 года наши войска в ходе ряда успешных наступательных операций очистили от немецких, итальянских, венгерских и румынских войск обширный район. Противник постоянно контратаковал, некоторые позиции ему удалось вернуть назад. К весне наступило относительное затишье, линия фронта стабилизировалась и приняла довольно причудливые очертания. Внимание и наших, и немецких штабов невольно привлекал Курский выступ. Дуга фронта здесь изгибалась, вдавливаясь глубоко на запад. И той и другой стороне хотелось её спрямить. Но каждой стороне — по-своему. Назревала битва.
И той и другой стороне нужен был Курский выступ. И Ставка в Москве, и ОКХ в Берлине связывали свои дальнейшие планы ведения войны с удачным исходом дела именно на этом участке фронта. Как говорил поэт: «И вот нашли большое поле…»