Jak válka mezi Polskem a Sovětským svazem narůstala v intenzitě, koncem dubna 1920 Rudá armáda nového sovětského režimu v Rusku odstrčila polské síly a napadla Polsko. Následně Sikorski úspěšně bránil Mozyr a Kalenkowicze až do 29. června, ale později se mu nepodařilo udržet pevnost Brest, ačkoli ji bránil dost dlouho, aby umožnil polským silám v regionu ustoupit řádným způsobem. Dne 6. srpna byl jmenován velitelem nově vytvořené polské 5. armády, která měla za úkol udržet frontu na sever od Modlinu, mezi řekami Narew a Wkra. Vyznamenal se velitelstvím 5. armády na frontě na Dolní Vístle během bitvy o Varšavu. V té době byly sovětské síly, očekávající snadné konečné vítězství, překvapeny a zmrzačeny polským protiútokem. Během této bitvy (někdy označované jako "zázrak u Vístly") Sikorski zastavil bolševický postup severně od Varšavy a dal Piłsudskému, polskému vrchnímu veliteli, čas, který potřeboval pro svou protiofenzívu; počínaje 15. srpnem jeho síly úspěšně angažovaly sovětskou 5. a 15. armádu. Po bitvě u Varšavy, od 30. srpna, Sikorski velel 3. armádě. Jeho síly dobyly Pińsk a bojovaly v pozdějších fázích bitvy u Lvova a bitvy u Zamość, a poté po bitvě u Nemenu.
Svojími silami postupoval směrem k Lotyšsku a hluboko do Běloruska. Poláci porazili Sověty a polsko-sovětská smlouva z Rygy (březen 1921) Polsku poskytla značné oblasti Běloruska a Ukrajiny (Kresy). Sikorskiho sláva se zvýšila, když se stal známým polské veřejnosti jako jeden z hrdinů polsko-sovětské války. Během samotné války vydával také články o vojenské vědě. Za své statečné úspěchy byl Sikorski povýšen na generála divize 28. února 1921 a 15. března téhož roku mu byla udělena nejvyšší polská vojenská vyznamenání, řád Virtuti Militari.