5 июля началась Курская битва, а через два дня 8-я гвардейская армия впервые после Сталинградской битвы вступила в бой. В составе Юго-Западного фронта ей предстояло форсировать Северский Донец, разгромить группировку противника в Донбассе и выйти к Днепру. В таком крупном наступлении Чуйков участвовал впервые. Продолжавшееся почти до середины августа сражение проходило поначалу успешно для наших войск. Однако, убедившись в провале наступления под Курском, Гитлер уводил оттуда оставшиеся наиболее боеспособные части, усиливая Донбасское направление. В результате германскому командованию удалось приостановить наступление советских войск на Северском Донце.
Отдавая должное оперативности противника, Чуйков не переставал анализировать действия своих и других частей, думал о том, как удивить и переиграть врага, изготовившегося к прочной обороне. В новом наступлении 22 августа Чуйкову удалось своими нешаблонными действиями сбить противника с толку и нанести внезапный удар на участке, где уже несколько дней безуспешно атаковали другие соединения. Потеснив вражескую оборону, гвардейцы Чуйкова расширили и удержали плацдарм. Это был успех в масштабах всего Юго-Западного фронта, впервые за месяц кровопролитных боев!
Первый опыт крупных наступательных операций многому научил Чуйкова. Но вместе с тем он имел возможность еще раз убедиться в том, что и в этих условиях действуют законы и правила, которые он уже применял или сформулировал заново совместно со своими помощниками в ходе Сталинградской битвы: изучать особенности поведения противника, избегать шаблона, как в обороне, так и особенно в атаке, использовать там, где это возможно, фактор неожиданности. И во всех последующих операциях до самого конца войны он не изменял своим принципам.
Германское командование создало на Днепре мощный оборонительный рубеж, намереваясь именно здесь остановить наступление Красной армии. Для прикрытия важных направлений противник оставил также плацдармы на левом берегу Днепра. Одним из них был город Запорожье. Начавшееся 1–2 октября наступление силами трех армий Юго-Западного фронта окончилось неудачей. Сильная группировка врага, глубокие противотанковые рвы шириной до семи и глубиной до четырех метров, мощные огневые точки не позволили быстро овладеть городом. Наступление наших войск и в последующие дни не принесло решающего успеха. 12 октября Чуйков, не усидев на своем наблюдательном пункте, пошел с адъютантом на НП одной из дивизий, поближе к переднему краю, чтобы поднять настроение людей и уточнить обстановку. На обратном пути их накрыл ураганный огонь артиллерии противника. Рядом не оказалось никакого укрытия, лишь одиноко торчащий телеграфный столб. Они упали головами к столбу, Чуйков с одной стороны, адъютант — с другой. Заметив, что его попутчик ранен, Чуйков вскочил, схватил офицера на руки и сумел невредимым добежать до своего НП.
Топтание на месте было не в духе Чуйкова. Проанализировав действия противника в течение суток, он почувствовал, что немцы сопротивляются из последних сил. Взвесив все «за» и «против», он принял решение атаковать ночью! Это было неожиданно не только для немцев, но и для своих и казалось даже для Чуйкова слишком. Военный совет армии поначалу отнесся к этой идее скептически, но после недолгих совещаний решил-таки провести ночной бой. И мгновенно приведенный в исполнение план сработал! В ночь на 13 октября все наступавшие части продвинулись вперед на несколько километров — небывалое достижение за все дни осады Запорожья. Это был перелом.
Р. Я. Малиновский, впечатленный итогами ночного сражения, предложил провести ночной штурм города силами всего фронта. К вечеру план наступления, над подготовкой которого Чуйков и офицеры его штаба вместе с фронтовыми штабистами трудились весь день, был готов. В ходе войны ночных операций такого масштаба еще не было. Но расчет на внезапность оказался верным: начавшаяся в 21.50 атака к 13.00 следующего дня завершилась полным успехом — Запорожский плацдарм противника ликвидирован.