В сентябре 1941 — декабре 1942 г. — командир 28-й танковой бригады (Западный и Калининский фронты). Участвовал в Московской битве и Ржевско-Вяземской операции. 10 августа 1942 г. был контужен. В декабре 1942 — феврале 1943 г. — командующий бронетанковыми и механизированными войсками 3-й ударной армии (Калининский фронт). Участвовал в Великолукской операции.
В феврале — июле 1943 г. — командующий Тамбовским военным танковым лагерем, занимался формированием и подготовкой танковых и механизированных частей и соединений для действующей армии.
В августе 1943 — апреле 1944 г. — командир 9-го механизированного корпуса Воронежского и 1-го Украинского фронтов. Участвовал в Черниговско-Полтавской, Киевских наступательной и оборонительной, Житомирско-Бердичевской и Проскуровско-Черновицкой операциях.
Передовые части 9-го механизированного корпуса 3-й гвардейской танковой армии Воронежского фронта под командованием генерал-майора танковых войск К. А. Малыгина в ночь на 22 сентября 1943 г. форсировали реку Днепр в районе села Зарубинцы Каневского района Черкасской области Украины (ныне не существует, затоплена водами Каневского водохранилища, территория Черкасской области, Украина) и, невзирая на массированные вражеские бомбардировки авиации и артиллерийский обстрел района, обеспечили к 27 сентября 1943 г. переправу танковых частей корпуса на правый берег Днепра.
В период с 27 сентября по 15 октября 1943 г. генерал-майор танковых войск Константин Малыгин руководил боями вверенного ему корпуса по расширению Букринского плацдарма в районах сел Зарубинцы, Луковица, Григоровка, находясь на командных и наблюдательных пунктах бригад. Особенную доблесть командующий корпусом проявил 29 сентября 1943 г. в решающих боях по удержанию и расширению плацдарма, увлекая бойцов и офицеров на выполнение боевой задачи. В результате завоеванные рубежи были удержаны.
За умелое командование механизированным корпусом и проявленные мужество и героизм Указом Президиума Верховного Совета СССР от 17 ноября 1943 г. генерал-майору танковых войск Малыгину Константину Алексеевичу присвоено звание Героя Советского Союза.