W 1942 został generałem i zastępcą Antonescu. Po awansie Dumitrescu zajął półwysep Tamański stanowiący most między Osią a głębią Związku Radzieckiego.
Od bitwy stalingradzkiej Niemcy potrzebowały pomocy w bitwie stalingradzkiej dlatego niemieckie dowództwo zdecydowało o przeniesieniu części żołnierzy z 3 Armii do Stalingradu, co spowodowało, że 3 Armia miała znacznie mniej żołnierzy do obrony rozległego frontu. Dowództwo niemieckie nakazało przyłączyć wszystkich rumuńskich żołnierzy z południowego zachodu Związku Radzieckiego do 3 Armii. Dowództwo zignorowało raporty Dumitrescu o rozbudowie sił radzieckich na południowym zachodzie, a także sugestię ataku na miasto Kletskaja i utworzenie tam przedmościa.
W listopadzie 1942 Armia Czerwona rozpoczęła ofensywę na południowym zachodzie kraju zmuszając 3 Armię do odwrotu. W grudniu 1943 zapadła decyzja o dalszym wycofywaniu się na zachód. Po operacji jasko-kiszyniowskiej Dumitrescu chciał wycofać się do Bukaresztu, lecz po drodze napotkał Armię Czerwoną i wraz ze 130 tysiącami rumuńskich jeńców trafił do niewoli. Później walcząc po stronie Związku Radzieckiego wraz z resztą Rumunii jego armia schwytała 6 tysięcy niemieckich żołnierzy.