Оказавшись в Москве, Довженко поступает режиссёром на «Мосфильм», тогда ещё студию «Союзкино», на Потылихе.
В начале 1933 года Довженко подаёт заявку на фильм о Дальнем Востоке, оговаривая, что сценарий напишет с Александром Фадеевым, с которым был дружен. Заявку утвердили. Довженко, Юлия Солнцева и Фадеев четыре месяца провели на Дальнем Востоке. Режиссёр мечтает о новом городе на берегу Тихого океана, которому находит место и имя Аэроград. Позже Александр Петрович со страстью говорил о новом городе членам Политбюро и даже самому Сталину. Во время аудиенции Сталин попросил режиссёра показать на карте место, где бы он построил город. «Одним словом, — пишет Довженко, — я почувствовал, что любая помощь для окончания фильма мне обеспечена».
Сталину фильм понравился, и в январе 1935 года Довженко был награждён орденом Ленина. На встрече членов Политбюро с кинематографистами Сталин бросает реплику в сторону Довженко: «За ним долг — „украинский Чапаев“».
На студии целая группа собирала материалы биографии военачальника и партийного деятеля Николая Щорса — «украинского Чапаева». Вскоре на стол режиссёра легли тридцать восемь объёмных папок с разными документами. Сценарий Довженко написал за одиннадцать месяцев. «„Щорсу“ отдал я весь свой жизненный опыт, — отмечал режиссёр. — Все накопленные за двадцать лет работы знания нашли в этом фильме своё полное выражение. Я делал его с любовью и предельным напряжением всех своих сил».
Фильм вышел на экраны в 1939 году, а в 1941-м режиссёр получил за него Сталинскую премию первой степени.
«Щорс» был украинским революционным эпосом. Напряжённость борьбы в нём раскрывалась через яркие живые образы, во многом необычные для стиля Довженко. Все действующие лица кажутся предельно жизненно достоверными.
Несмотря на усталость и недавно перенесённую болезнь сердца, Довженко не собирался отдыхать. Он первым из мастеров кино надел военную форму. Произошло это 17 сентября 1939 года, когда Красная армия двинулась на земли Западной Украины и Западной Белоруссии. Довженко возглавлял фронтовую киносъёмочную группу. Однако режиссёр не мог полностью рассказать о том, что увидел и узнал в этом походе. Фильм «Освобождение» делался в соответствии с требованиями руководящих инстанций.
В июле 1941 года вместе с женой Довженко эвакуирован на Восток, в Уфу. Затем их переводят в Ашхабад, куда была перемещена Киевская киностудия.
Довженко просится на фронт, ведь он не только кинематографист, но и опытный журналист. В феврале 1942 года в звании полковника его отправляют на Юго-Западный фронт. Довженко пишет рассказы, статьи, листовки. На следующий день после публикации в газете «Красная звезда» рассказа Довженко «Ночь перед боем» в редакцию позвонил секретарь ЦК ВКП(б): «Передайте Довженко благодарность Сталина за рассказ. Он сказал народу, армии то, что теперь крайне необходимо было сказать».
В следующем году Довженко создаёт документальный фильм «Битва за нашу Советскую Украину». В титрах фильма значатся режиссёры Ю. Солнцева и Я. Авдеенко. Но текст и монтаж — за Довженко. Картина имела большой успех не только в нашей стране, но и во всех странах-союзниках, особенно в Канаде и США.
Вторая серия получила название «Победа на Правобережной Украине и изгнание немецких захватчиков за пределы украинских советских земель» (1945). Довженко первым в кино стал широко использовать вражескую хронику, придавая ей дикторским текстом и особыми приёмами монтажа другой смысл.
В течение лета 1943 года Довженко пишет киноповесть «Украина в огне». Он разъяснял свой замысел: «…речь о сожалении — плохо, что сдали мы Гитлерюге проклятому свою Украину и освобождаем её людей плохо. Мы, освободители, все до одного давно уже забыли, что мы немного виноваты перед освобождёнными…» Сталину повесть не понравилась, и он запретил её для печати и для постановки. Это явилось для Довженко страшным ударом. В феврале 1944 года его освобождают от должности художественного руководителя Киевской киностудии и назначают режиссёром «Мосфильма».
Довженко записывает в дневнике: «Закончилась мировая война. Я хочу работать. Я хочу верить до смерти, что уже не нужны будут человечеству… генералы. Что будет мир. Что не нужны будут герои-мученики».
Закончив в начале 1944 года сценарий о жизни садовода-селекционера И. Мичурина, Довженко читает его в писательских и кинематографических аудиториях. Успех необычайный. Шесть театров попросили переработать сценарий для сцены. Так появляется пьеса «Жизнь в цвету».