Шестнадцатого августа 1941 года генерал-лейтенанту Еременко было поручено возглавить формирование Брянского фронта, перед которым была поставлена задача прикрыть подступы к столице с юго-запада. В чрезвычайно сложной обстановке в ходе ожесточенных боев фронт был создан и в течение полутора месяцев стойко сражался. 11 сентября А. И. Еременко было присвоено звание генерал-полковника. 30 сентября началась битва за Москву. Первый день этого сражения был ознаменован таранным ударом самой сильной и маневренной группировки гитлеровских войск — 2-й танковой группы генерал-полковника Г. Гудериана по малочисленным и измотанным в предыдущих боях войскам Брянского фронта. Несмотря на мощные рассекающие удары немецкой армии, наши соединения удержали свои рубежи, но враг прорвался в тыл и вышел на фланги. Угроза полного окружения войск фронта становилась зловещей реальностью.
Командующий фронтом А. И. Еременко прекрасно понимал — если не разорвать кольцо и не вывести уцелевшие части на новые рубежи, путь вермахту к столице будет открыт. Ситуация еще сильнее обострилась после того, как мотопехота врага нанесла удар по командному пункту фронта. Генерал-полковник с автоматом, вместе с бойцами, отбивал атаки врага у своего КП. Управление войсками было восстановлено.
Еременко разработал план удара, целью которого было прорвать кольцо окружения, выйти на новые оборонительные рубежи и восстановить прикрытие Москвы. Этот план был успешно реализован, окружение удалось прорвать в нескольких местах, и наши армии с тяжелыми боями двигались к линии фронта, несмотря на мощные заслоны, которые гитлеровцы выставляли на их пути. В этих боях командующий фронтом Еременко был тяжело ранен в ногу и плечо осколками авиабомбы. 13 октября было принято решение об эвакуации его на самолете в Москву. Однако до аэродрома долететь не удалось: в полете у самолета отказал мотор, и летчику с большим трудом удалось спланировать в полнейшей темноте в районе деревни Пилюгино Иваньковского района Тульской области. Во время посадки самолет ударился о землю и перевернулся. Еременко получил новые травмы. Местные жители оказали генералу первую помощь. 14 октября на санитарной машине его доставили в Москву, в Центральный военный госпиталь, и в тот же день прооперировали. Ночью 15 октября в госпитале генерала навестил сам И. В. Сталин. Позднее Еременко вспоминал: «Он спросил меня о делах на фронте, об обстоятельствах моего ранения и пожурил за то, что я не берег себя».
В госпитале генералу сообщили радостную новость о том, что все армии фронта, которым он командовал (13-я, 3-я и 50-я), вышли из окружения. Для излечения полученных Еременко ранений понадобилось искусство лучших столичных хирургов. К декабрю 1941 года он уже был готов снова встать в строй. К этому времени битва за Москву вступила в свою заключительную фазу — началось общее наступление Красной армии. В декабре 1941 года враг был отброшен от столицы на сотни километров. Дальнейший план Ставки Верховного главнокомандования (ВГК) заключался в том, чтобы глубокими фланговыми ударами охватить группу армий «Центр». Осуществление такого удара на северном фланге было возложено на 4-ю ударную армию, командующим которой 23 декабря 1941 года был назначен Еременко. 4-я ударная армия нанесла неожиданный для противника удар в заснеженных лесах Валдая и освободила ряд городов: Пено, Андреаполь, Торопец и другие. Войска Еременко вбили клин в расположение противника на 300 километров и нанесли гитлеровцам большой урон.
Во время Торопецко-Холмской операции в январе 1942 года Еременко был вновь тяжело ранен, на этот раз у него была перебита правая нога. 20 января 1942 года он выехал на наблюдательный пункт командира 249-й стрелковой дивизии, где попал под бомбовый удар вражеской авиации. Доставленный на армейский КП с множественным переломом костей правой голени, Андрей Иванович отверг предложение врачей немедленно ампутировать ногу во избежание гангрены, и отказался от эвакуации в тыловой хирургический госпиталь. В течение 23 дней до завершения операции Еременко фактически командовал войсками, лежа на носилках. Позже он писал: «Этот обычный в боевой обстановке случай произошел, к сожалению, в то время, когда наступательная операция была еще в полном разгаре. Армия выполнила лишь первую половину задачи. И я решил, несмотря ни на что, оставаться в армии до тех пор, пока задача не будет выполнена полностью, о чем безотлагательно и донес в штаб фронта и в Ставку. Я сделал это в здравом размышлении, зная, что оставаться в строю с таким тяжелым ранением нелегко, ведь нужно командовать и непрерывно руководить войсками с носилок. Я рассчитывал, что у меня хватит на это выдержки… Я, что называется, выносил план этой операции, врос в боевую обстановку на этом участке, поэтому считал, что мне, даже раненому, будет легче довести дело до конца, чем новому человеку».
По складу своего характера Еременко относился к тем военачальникам, которым было жизненно необходимо находиться непосредственно в центре боевых действий, военных операций. Он всегда старался полагаться на личное наблюдение, которое помогало ему четче оценивать обстановку. Генерал-полковник П. А. Курочкин писал 26 июня 1945 года Верховному главнокомандующему И. В. Сталину: «Доношу, что я, будучи командующим Северо-Западным фронтом, представлял к правительственной награде командующего 4-й ударной армией генерал-полковника тов. Еременко, ныне командующего 4-м Украинским фронтом. Он награды не получил (наградной материал утерян), в то время как его командиры дивизий, начальник штаба армии и член Военного совета армии награды получили, только он, наиболее заслуживавший награды, не получил ее.
Справедливость и моя командирская честь настойчиво подсказывают мне, чтобы я снова повторил это представление за блестящее проведение Торопецкой операции в январе 1942 г., в результате которой войска 4-й ударной армии под командованием тов. Еременко А. И. в тяжелых зимних условиях прорвали сильно укрепленную оборонительную полосу противника на участке Осташков — Пенно и продвинулись до 300 км в глубину, разрезав этим Северную группу войск противника на две части.
В самый разгар операции тов. Еременко А. И., руководя лично штурмом г. Торопец, был тяжело ранен и, несмотря на это исключительно тяжелое ранение, проявил мужество и патриотизм, оставался в строю и 23 суток командовал войсками с носилок до конца операции.
За блестящее проведение Торопецкой операции, в результате которой противнику нанесены большие потери, и проявленные при этом личную храбрость и мужество вторично ходатайствую о награждении тов. Еременко А. И. высшей правительственной наградой — второй «Золотой Звездой».
Рано утром 15 февраля 1942 года Андрея Ивановича привезли в Москву в полевой госпиталь, размещавшийся в здании Сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. В мае 1942 года К. К. Рокоссовский также получил тяжелое ранение осколком снаряда, в Козельске он был прооперирован и доставлен в тот же госпиталь, где проходил лечение Еременко. Встреча двух полководцев, их разговоры о положении на фронте произвели на обоих огромное впечатление, о котором позднее они вспоминали в своих мемуарах. Сохранилось несколько их совместных госпитальных фотографий. Они и не догадывались, что буквально через пять месяцев именно им предстоит защищать Сталинград, а пока летом 1942 года Рокоссовский получил назначение командующим Брянским фронтом, которым в 1941-м командовал Еременко.
