Escriu una continuació per a aquest paràgraf - Va ser seleccionat com a cap d'estat major del 3r Exèrcit de Tancs de la Guàrdia en l'ordre que el va formar el 14 de maig i va ser ascendit a major general de les forces de tancs el 7 de juny. L'exèrcit va lluitar en l'Operació Kutuzov com a part del Front de Bryansk des de juliol. Des de setembre, l'exèrcit va lluitar a la Batalla del Dnièper, la Batalla de Kíev
, l'Ofensiva Zhitomir-Berdichev, i l'Ofensiva Proskurov-Chernovitsy. Com a cap d'estat major de l'exèrcit, Mitrofanov va ser avaluat com a "havent pres un paper actiu en la planificació d'operacions de l'exèrcit, assegurant el comandament i el control ininterromput de les forces d'acord amb les decisions del comandant de l'exèrcit", i "mostrant una excel·lent educació del personal i coneixement de l'art operatiu". Es va convertir en vicecomandant de l'exèrcit el maig de 1944 i va prendre el comandament del 7è Cos de Tancs de Guàrdies de l'exèrcit el juliol després que el seu comandant fos ferit. Mitrofanov va dirigir el cos en atacs reeixits durant l'Ofensiva de Lvov-Sandomierz, en la qual va capturar Gorodok i Lvov, i va lluitar en batalles pel cap de pont de Sandomierz. Pel seu valor i habilitat en aquestes batalles, el seu cos va ser guardonat amb l'Orde de Suvorov.