Vuonna 1939 Vatutin suunnitteli operaatioita Neuvostoliiton hyökkäykselle Puolaan Saksan kanssa ja toimi Puna-armeijan eteläisen ryhmän päällikönä. Vuonna 1940 Georgi Zhukovin johdolla tämä ryhmä valloitti Bessarabian.
Romaniasta. Palkkiona näistä taistelutahmoista Stalin ylentää Vatutinin kenraaliluutnanttiksi ja nimittää hänet päällikön tehtävään. Vatutin ei kuitenkaan ollut uuden tehtävänsä arvoinen: vaikka hän oli innovatiivinen ja ahkera, häneltä puuttui taistelukokemusta ja hänen tietonsa operatiivisesta taiteesta ja strategiasta olivat liian abstrakteja. Silti hänen maalaisperinnönsä, suhteellisen nuoren iänsä ja puolueen innokkuutensa tekivät hänestä yhden Stalinin harvoista suosikkeista Neuvostoliiton armeijassa. Vatutin, yhdessä muun puna-armeijan ylimmän johdon kanssa, epäonnistui valmistamaan armeijaa saksalaisen hyökkäyksen varalle 22. kesäkuuta 1941.