Во время Великой Отечественной войны с ноября 1941-ого командовал на Западном, и на Калининском фронтах. Войска 21-й армии под командованием Чистякова в ходе контрнаступления под Сталинградом действовали на направлении главного удара Юго-Западного фронта. Благодаря целеустремлённой и кропотливой работе командующего армией и его штаба при подготовке к операции, твёрдому и непрерывному управлению войсками в ходе боевых действий соединения 21-й А уже в первый день наступления прорвали оборону противника. Соединившись в районе Калача-на-Дону с продвигавшимися им навстречу войсками Сталинградского фронта, они создали внутренний фронт окружения немецкой группировки.