Tư lệnh Phương diện quân Voronezh, Thượng tướng F.I. Golikov, Đại diện Stavka, Thượng tướng A.M. Vasilevsky và Ủy viên Hội đồng Quân sự, Trung tướng F.F. Kuznetsov trong Chiến dịch Ngôi Sao
Trong tháng 1 và tháng 2 năm 1943, phương diện quân là lực lượng chính thực hiện Chiến dịch Voronezh-Kastornoye, làm thiệt hại một số lượng lớn sinh lực của quân Đức. Thừa thắng lợi, theo chỉ đạo của Stavka, phương diện quân tiếp tục thực hiện Chiến dịch Ngôi Sao trong tháng 2 và tháng 3 năm 1943. Tuy nhiên, do chủ quan khinh địch, cũng như không chú ý đến tình trạng hao hụt quân số sau những chận chiến khốc liệt, Hồng quân Liên Xô đã nhận được một kết quả thảm hại so với dự kiến. Quân Liên Xô buộc phải rút khỏi thành phố Kharkov chỉ sau 28 ngày chiếm lại được từ tay quân Đức.
Tháng 9 và tháng 10 năm 1943, các đơn vị của phương diện quân đã tham gia trận sông Dniepr, thực hiện chiến dịch Sumy-Pryluk, vượt qua Dnieper ở phía bắc và phía nam Kiev, chiếm được các đầu cầu tác chiến quan trọng trên bờ phải của nó, tạo điều kiện giải phóng Kiev và các hành động tiếp theo ở bờ phải Ukraina.
Do địa bàn tác chiến của phương diện quân được mở rộng về phía Tây, cách xa khu vực Voronezh, ngày 20 tháng 10, phương diện quân được đổi tên thành Phương diện quân Ukraina 1. Dưới cái tên này, phương diện quân đã hoàn tất quá trình tham chiến trong Thế chiến thứ hai với Chiến dịch Berlin (1945) và Chiến dịch Praha.
На Воронежском направлении. // — Воронеж, 2-е изд., 1973. Новый Оскол
Сталинградская битва. Июль 1942 — февраль 1943: энциклопедия / под ред. М. М. Загорулько. — 5-е изд., испр. и доп. — Волгоград: Издатель, 2012. — С. 127. — 800 с.
