В 1808–1809 гг. Дорохов участвовал в укреплении и защите берегов Балтийского моря от совместных действий шведского и английского флотов.
В начале Отечественной войны 1812 года генерал-майор Дорохов командовал бригадой легкой кавалерии 2-й кавалерийской дивизии 4-го пехотного корпуса в армии Барклая-де-Толли. При отходе от западной границы авангард армии, возглавляемый Дороховым и состоящий из Изюмского гусарского, 1-го и 18-го егерских, двух казачьих полков и роты легкой артиллерии, оказался отрезанным от основных сил. Искусно маневрируя и уничтожая резервы противника, Дорохов пошел на соединение со 2-й армией и через две недели трудного рейда вывел свой отряд из окружения. Часть кавалеристов шла пешком, отдав своих лошадей под ранцы изнемогавших от форсированных переходов пехотинцев, наиболее сильные егеря, солдаты и офицеры, несли на себе ружья ослабевших товарищей. Наконец, 26 июня отряд Дорохова «открыл сообщение» с армией Багратиона и примкнул к ее арьергарду, сохранив всю свою артиллерию, обоз и потеряв в стычках и отставшими не более 60 человек.
Участвовал Иван Семенович и в Смоленском сражении, особенно отличился под Лубином. Был ранен в левую руку, но остался в строю. Вплоть до Бородина он командовал кавалерией арьергарда, почти ежедневно участвуя в схватках с французским авангардом. Имел одно из самых жарких дел у Колоцкого монастыря. Во время Бородинского сражения был послан на помощь Багратиону с четырьмя кавалерийскими полками. Смелой контратакой, действуя, по свидетельству Кутузова, с «отличной храбростью», он отбросил от Багратионовых флешей французскую конницу. За отличие при Бородине был произведен в генерал-лейтенанты. В представлении М.И. Кутузова к награде Дорохова говорилось: «Преодолев болезнь, коею одержим, командовал лично своею бригадою легкой кавалерии, атаковал и преследовал неприятельских кирасир, прорвавшихся через 2-ю армию и проскакавших в тыл пехоты 4-го и 6-го корпусов и после того в тот же день много поражал неприятеля».
Во время движения от Бородина до Москвы Дорохов бессменно находился в арьергарде, прикрывая отход русской армии. После ухода из Москвы М.И. Кутузов выделил Дорохову для партизанских действий драгунский, гусарский и три казачьих полка с полуротой конной артиллерии (2 орудия). Отделившись от армии, Дорохов вышел со своим отрядом к Смоленской дороге приступив к активному ведению разведки, совершая нападения и истребляя «партии» противника и запасы продовольствия, и с 6 по 15 сентября нанес французам ряд чувствительных ударов: разбил 4 кавалерийских полка и отряд из 800 человек пехоты и конницы, захватил несколько обозов, взорвал артиллерийский парк из 60 зарядных ящиков. Когда по приказу Наполеона против Дорохова были высланы из Москвы сильные отряды, он уклонился от неравного боя и 15 сентября возвратился к армии, приведя с собою 1500 пленных, в том числе 48 офицеров.
Одна из прославленных операций Дорохова – захват древнего подмосковного города-крепости Вереи. 26 сентября Дорохов выступил из Тарутинского лагеря. Приблизившись к Верее, он выставил конные отряды на дорогах, ведущих в Москву и в Можайск, а сам в ночь на 29 сентября скрытно, с помощью местных жителей, подошел к городу с пехотой. Дорохов приказал штурмовать город без единого выстрела и криков «ура» и перед рассветом батальоны бесшумно сняв неприятельские пикеты, ворвались в Верею. Противник пытался сопротивляться, на улицах затрещала ружейная пальба, но через полчаса все было кончено. Отряд Дорохова захватил в плен около 400 рядовых и 15 офицеров, в том числе комендантов гарнизона, знамя, свыше 500 ружей и запасы муки, реквизированной в близлежащих деревнях. Неприятельское оружие было тут же роздано жителям Вереи и крестьянам, к которым Дорохов обратился с воззванием, призывая их «вооружаться на истребление злодеев». Дорохов доложил Кутузову 29 сентября: «Вследствие повеления Вашей светлости город Верея очищен от неприятеля и его укрепления взяты штурмом в 5 1/2 часов поутру…». Кутузов объявил об этом «отличном и храбром подвиге отряда генерал-майора Дорохова» в приказе по армии, а сам Иван Семенович был награжден золотой саблей, украшенной алмазами, с надписью «За освобождение Вереи».
После захвата Вереи Кутузов поручил Дорохову важное задание: расположившись с отрядом на Новой Калужской дороге, наблюдать за движением неприятеля и оберегать левое крыло армии. Ежедневно захватывая пленных, Дорохов оперативно докладывал обо всех перемещениях французских войск по Смоленской и Калужской дорогам. 9 октября он донес Кутузову о появлении на этой дороге неприятельских отрядов и одним из первых вступил в бой с его авангардом. Наперерез им был выдвинут корпус Дохтурова. В последовавшем через несколько дней сражении под Малоярославцем, когда бой уже затихал, Дорохов был ранен пулей в ногу. Рана оказалась настолько тяжелой, что в строй он больше не вернулся.