ウォロノフは1939年9月 ソ連がポーランドを侵略した際 白俄軍区の砲兵を指揮した. 彼は自動車事故で重傷を負い,スペインのドロレス・イバルリから贈られた銀のペンによって命を救われたと語っています. 11月,ヴォロノフはレニングラード軍事地区の部隊を冬戦争への準備に視察した. 戦時中,彼は砲兵部隊を率いており,主に第7陸軍の部隊を率いており,マナーハイム線に対する攻撃で戦った. 戦時中の彼の行動のために,ヴォロノフは2度目のレニン勲章を授与され,2等指揮官に昇進した. 1940年6月4日,赤軍の将軍階級が導入された後,彼は砲兵大佐の階級を与えられた. ヴォロノフは,キエフ特別軍事地区の砲兵を指揮した.
ソ連によるベサラビアと北ブコヴィナの占領