A medida que a guerra polaco-soviética medraba en intensidade, a finais de abril de 1920 o Exército Vermello do novo réxime soviético de Rusia rexeitou as forzas polacas e invadiu Polonia. Posteriormente, Sikorski defendeu con éxito Mozyr e Kalenkowicze ata o 29 de xuño, pero máis tarde non conseguiu manter a fortaleza de Brest, aínda que a defendeu o tempo suficiente para permitir ás forzas polacas na rexión retirarse de forma ordenada. O 6 de agosto foi nomeado comandante do recentemente formado 5o Exército polaco, que tiña a tarefa de manter a fronte ao norte de Modlin, entre os ríos Narew e Wkra. Distinguíuse comandando o 5o Exército no fronte do Baixo Vístula durante a Batalla de Varsovia. Naquel momento as forzas soviéticas, esperando unha fácil vitoria final, foron sorprendidas e paralizadas polo contraataque polaco. Durante esa batalla (algunhas veces referida como "o milagre no Vístula") Sikorski detuvo o avance bolxevique ao norte de Varsovia e deu a Piłsudski, o comandante en xefe polaco, o tempo que necesitaba para a súa contraofensiva; comezando co 15 de agosto as súas forzas enfrontáronse con éxito aos exércitos soviético 5 e 15. Despois da Batalla de Varsovia, a partir do 30 de agosto, Sikorski comandou o 3o Exército. As súas forzas tomaron Pińsk, e loitaron durante as últimas etapas da Batalla de Lwów e a Batalla de Zamość, e despois da Batalla de Niemen
avanzou coas súas forzas cara a Letonia e profundamente en Bielorrusia. Os polacos derrotaron aos soviéticos, e o Tratado de Riga polaco-soviético (marzo de 1921) deu a Polonia áreas substanciais de Bielorrusia e Ucraína (Kresy). A fama de Sikorski aumentou ao ser coñecido polo público polaco como un dos heroes da guerra polaco-soviética. Tamén publicou artigos científicos militares durante a guerra. Polo seu valente labor, Sikorski foi ascendido a xeneral de división o 28 de febreiro de 1921, e foi condecorado coa máis alta condecoración militar de Polonia, a orde de Virtuti Militari, o 15 de marzo dese ano.