Второй семестр предусматривал освоение армейских операций с участием всех видов вооруженных сил и родов войск. Особое внимание уделялось теории глубокой операции. Учебных пособий по ведению армейских операций тогда, по сути дела, не было. Слушателям приходилось вместе с преподавателями создавать новую теорию. Очень скоро многие разработки академии по армейским операциям в соответствии с указаниями Генерального штаба стали рассылаться в войска, другие академии, управления Наркомата обороны. Академия реально становилась важнейшим военно-научным центром РККА.
Зимой слушатели досконально изучили стратегию боевых действий соединений и теорию армейских операций. С наступлением весны практические вопросы стали отрабатываться не только на картах, но и на местности. Начались ежедневные полевые занятия, на которых во всех группах вырабатывалось умение глубоко оценивать обстановку, принимать решения на операцию, бой.
Так же, как в первом семестре, при проведении оперативных игр на картах, каждый слушатель пробовал свои силы в различных должностях в полевом управлении армии: оператора, разведчика, начальника связи, даже начальника рода войск или службы. Ну и, конечно, командира и начальника штаба. Из всех докладов выбирались самые-самые смелые, оригинальные, и на их основе разрабатывались основные документы. Ватутин и здесь выделялся в лучшую строну. Достаточно сказать, что его в числе немногих слушателей преподаватели привлекли к работе в качестве помощника руководителя занятий и посредника на учениях. А через некоторое время вместе с А.И. Антоновым, А.М. Василевским, Л.А. Говоровым и М.В. Захаровым Николай Федорович назначается руководителем военных игр в группах.
Весь период обучения слушатели чувствовали на себе пристальное внимание Генерального штаба, руководства Наркомата обороны. Многие военачальники часто посещали академию, выступали с лекциями, докладами.
Большое впечатление произвели на слушателей показные военные игры на картах, проведенные командующим войсками Белорусского военного округа Уборевичем «Прорыв подготовленной обороны противника» и командующим войсками Киевского военного округа Якиром «Ввод в сражение механизированного корпуса». Блестяще владея материалом, используя только карты, схемы и личные записи, эти военачальники аргументированно и доходчиво раскрыли суть глубокой операции, показали, как новая теория находит практическое воплощение в деятельности войск. Слушая прославленных маршалов и командармов, Николай Федорович даже не мог подумать, что видит их в последний раз, что через несколько месяцев ему и его друзьям предстоит занять их место.
С 1 июня по 15 июля 1937 года, перед заключительным семестром, слушателям предоставили очередной отпуск.
Ватутины впервые поехали на курорт. Теплое, ласковое море, солнце, неповторимая красота сочинского побережья навсегда запомнились Николаю Федоровичу. Это был последний отпуск, который он использовал.
В последнем семестре состоялись поездки на Балтийский и Черноморский флоты, где слушатели знакомились с боевыми кораблями различных классов, их вооружением, боевыми возможностями и способностью взаимодействовать с сухопутными войсками на Приморском ТВД. На Украине, в приграничном районе, для слушателей организовали оперативное командно-штабное учение со средствами связи. Из них сформировали армейские управления сокращенного состава; за штаб фронта, командиров дивизий и корпусов подыгрывали преподаватели. После этого слушателей привлекли к участию в крупном учении войск Киевского военного округа. Они работали в армейских и корпусных штабах концевыми посредниками. После учений предстояла подготовка к экзаменам и завершение первого курса. К сожалению, наиболее подготовленным слушателям не пришлось закончить курс обучения в академии.
Совершенно неожиданно в августе—октябре 1937 года более 30 слушателей были отозваны из академии и назначены на высокие командные должности. Полковник А.М. Василевский последовательно назначается преподавателем кафедры оперативного искусства академии, начальником кафедры Тыла и затем начальником отдела Оперативного управления Генерального штаба. Полковник
А.И. Антонов назначается начальником штаба Московского военного округа, полковник М.В. Захаров — начальником штаба Ленинградского военного округа, полковник С.Г. Трофименко — начальником оперативного отдела штаба Киевского военного округа, полковник Л.М. Сандалов — начальником оперативного отдела штаба Белорусского военного округа. Заместителем начальника штаба Киевского военного округа стал и Николай Федорович Ватутин.
В то лето многие получили неожиданные назначения, но еще больше лишилось не только постов, званий, но и жизни. По стране прокатилась волна чудовищных беззаконий, репрессий. Ушли в небытие сотни тысяч ни в чем не повинных людей. Не минула сия горькая чаша и Вооруженные Силы.