В январе 1758 года русская армия с В.В. Фермором взяла Кенигсберг и заняла всю Восточную Пруссию, которая была превращена в русское генерал-губернаторство. Большую помощь армии оказал Балтийский флот – Ревельская эскадра адмирала Люиса и Кронштадская адмирала Мишукова соединились у Пиллау и заняли Мемель, превратив его в опорную базу Балтийского флота и блокировав берега Восточной Пруссии. В боевых действиях участвовал и капитан III ранга А.Н. Сенявин, командуя линейными кораблями «Александр Невский», «Уриил», «Полтава» и «Иоанн Златоуст», позднее, при штурме Кольберга получивший чин капитана I ранга. Русский флот полностью обеспечивал сухопутную армию продовольствием и снаряжением. Благодаря действиям флота Англия так и не выступила на стороне Пруссии против России. Боевые действия Англия вела в Индии и Северной Америке, где одержала победу над Францией.
Стратегическая задача, поставленная перед русской армией в начале войны, была выполнена. В конце января 1758 года Румянцев, Рязанов, Захар Чернышев, Александр Вильбоа и князь Долгоруков были произведены в генерал-поручики. Вновь присоединеные территории надо было удержать, заняв для этого мощную крепость Кюстрин. В начале января русские дивизии генералов Броуна и Голицына вышли из Гумбинена и через месяц заняли города Грауденц и Торн. Отдельный отряд генерал-поручика Долгорукова из 5 полков в марте занял города Ковно и Гродно и немного позднее соединился в Торне с русским обсервационным корпусом, сформированным Шуваловыми и шедшим на театр военных действий из России. В апреле 1758 года русские войска вошли в Силезию, а в мае – в Померанию. 4 августа основные силы русской армии начали осаду Кюстрина, где бригада Василия Долгорукова, снова воевавшая в дивизии Голицына, отличилась вместе со своим князем. Началась почти десятидневная бомбардировка крепости. Крепость стала гореть, сгорели сосредоточенные в Кюстрине огромные запасы сена и зерна-1 миллион 200 тысяч гектолитров. 12 августа к Кюстрину из Силезии подошла прусская армия Фридриха II. Русские войска отошли на правый берег Одера и заняли удобную позицию у деревни Цорндорф. 14 августа произошло кровопролитное Цорндорфское сражение, не принесшее Победы ни 42-тысячной русской, ни 33-тысячной Прусской армиям. Обе армии только убитыми потеряли по 12000 солдат. В русской армии из 21 генералов 5 осталось в строю, остальные были ранены, попали в плен или убиты. Командир 4-й пехотной бригады дивизии Голицына князь Долгоруков был ранен в ногу картечью. По сохранившемуся свидетельству прусского офицера, раненые русские солдаты, оставшиеся на поле боя, были заживо зарыты в ямы вместе с мертвыми. Армия Фридриха ушла в Саксонию, а войска Фермора – к Лансбергу, а потом на зимние квартиры. Василию Долгорукову было поручено привести в порядок Обсервационный корпус, расстроенный после Цорндорфского сражения. За то, что Фермор не воспользовался выгодным положением русских войск после Цорндорфского сражения, он был отстранен. Новым командующим 50-тысячной русской армии в июне 1759 года стал П.С. Салтыков.
В июне 1759 года войска Салтыкова вступили в Брандербург, 12 июля возле деревни Пальциг 40-тысячной русской армией был разбит 28-тысячный прусский корпус Веделя. 31 июля русские войска заняли Франкфурт-на-Одере. Впереди был Берлин. Недалеко от Франкфурта-на-Одере, под Кунерсдорфом, 1 августа 1759 года армия Фридриха II была разгромлена, потеряв 17000 солдат убитыми – 35 процентов – своего состава. Русские войска потеряли 13000 убитыми. «Но до пятого часа победа еще сумнительна была; потом подведены генерал-поручиками Вильбуа и князем Долгоруковым из авангарда Воронежский и Нарвский полки…» Штурмовать Берлин было некем и Салтыков ушел в Силезию, а потом на зимние квартиры – на нижнюю Вислу. Василий Михайлович Долгоруков 18 августа 1759 года был награжден орденом, святого Александра Невского.
К середине 1760 года русская армия сосредоточилась в Познани и двинулась в Силезию. Перед приходом русских 15 августа прусская армия разбила австрийцев при Лигнице. Совместной операции не получилось, Австрия все время меняла свои планы, не хотя чрезмерного усиления России, а Конференция все свои действия согласовывала именно с Австрией, делая возможным поражение русских войск. Понимая это, Салтыков сдал командование войсками Фермору и уехал в Петербург.
Армия Фридриха ушла в Чехию воевать с австрийцами и Берлин остался без прикрытия. 28 сентября 1760 года русский корпус Чернышева и Тотлебена-3 гусарских, 2 конно-гренадерских, 5 казачьих и 7 пехотных полков – был под Берлином. Во главе Вятского и Невского полков в корпусе Чернышева находился и князь Долгоруков. Город сдался. Однако через три дня русские войска ушли из города – Фридрих возвращался спасать свою столицу. Армия Фермора стала на зимние квартиры на среднем левобережье Одера.