Наступление советских войск под Сталинградом началось 20 ноября одновременным ударом с обоих флангов. Еременко внимательно следит за развитием событий и моментально реагирует на любые изменения или задержки. После окружения немецких войск перед ним встала задача по созданию воздушной блокады окруженных немецких частей. Для этого он расположил несколько наблюдателей с рациями, которые при первых же звуках летящих самолетов передавали информацию на командный пункт. По их сигналу открывался зенитный огонь по неприятельским транспортным самолетам. Советские авиационные полки также были перебазированы на полевые аэродромы ближе к маршрутам движения немецких самолетов. Между командным пунктом и авиаполками постоянно работала связь. Такая система свела на нет все попытки люфтваффе помочь окруженным немецким дивизиям.
Благодаря умелому руководству войсками и практически мгновенной реакции на любые изменения обстановки на фронте Еременко помешал немецким частям под руководством Манштейна прорваться на помощь окруженной 6-й полевой немецкой армии.
За оборону Сталинграда Андрей Иванович Еременко был награжден орденом Суворова I степени.
1 января 1943 года по приказу Ставки формируется Южный фронт, в который вошли несколько армий Сталинградского фронта. Командование Южным фронтом принимает А.И.Еременко. Перед ним ставится задача по разгрому немецкой группировки в нижнем течении Дона с целью отрезать войска противника, находившиеся на Северном Кавказе.
В конце января здоровье Еременко резко ухудшилось, и он был отправлен на лечение. Только в апреле он смог передвигаться без помощи костылей.
Теперь Еременко был назначен командующим Калининским фронтом. Прибыв на место и ознакомившись с оперативной обстановкой, он сразу же включается в управление войсками. При подготовке к летней кампании 1943 года для себя Еременко выделил несколько первоочередных задач – снабжение армии, обустройство позиций, учеба личного состава и приведение в порядок дорог. Войска Калининского фронта располагались на правом фланге большой группировки войск советской армии. В задачу фронта входили оборона фланга и оттягивание на себя сил противника, лишая его возможности маневрирования основными частями и резервами. Основные действия летней кампании развернулись на Курской дуге, а Калининский и Западный фронты наносили удары на другом направлении, чтобы немцы не могли перебросить с них дополнительные части под Курск, Орел и Белгород. Наступательные действия Еременко были настолько успешными, что немецкое командование не только не сняло части с этого направления, а было вынуждено перебросить на него из районов Орла и Белгорода до десяти дополнительных дивизий.
В 1944 году Андрей Иванович Еременко освобождал Крым, командуя Отдельной Приморской армией, в состав которой входили 12 стрелковых дивизий и одна танковая бригада, а с воздуха ее поддерживала 4-я воздушная армия. Его войска с боями прошли 420 километров, очистив от немцев южное побережье полуострова от Керчи до Севастополя.
Против его войск действовали 17-я немецкая армия, 5-й армейский и 49-й альпийский корпуса, две горнострелковые румынские дивизии. Переброшенная в Крым с Украины в начале марта 111-я немецкая пехотная дивизия находилась в резерве.
Вечером 7 апреля 1944 года Еременко атаковал опорные пункты 10-й румынской пехотной дивизии в районе Сиваша. На следующий день утром начался массированный штурм немецких позиций на Перекопе совместно с 4-м Украинским фронтом под командованием генерала Толбухина. После мощной артиллерийской подготовки силами стрелковых дивизий при поддержке танкового корпуса был нанесен удар по дивизиям 49-го горнострелкового корпуса, вынужденного отступить под напором советских войск. Затем отступил и 5-й армейский корпус, атакованный войсками генерала Еременко.
