До начала Великой Отечественной войны Николай Герасимович провел огромную работу по подготовке флота к отражению вражеского нападения. Под его непосредственным контролем были установлены противоминные защитные устройства на надводных кораблях и подводных лодках. Для решения конкретных вопросов взаимодействия на морях он сам выезжал на флоты, если этого требовала обстановка, или посылал туда своих заместителей. Он действовал не озираясь «на верхи» и беря всю ответственность на себя. Например, в начале 1941 года он приказал без всякого предупреждения открывать огонь по иностранным самолетам-разведчикам, если они появятся над базами флота, и в соответствии с его распоряжением 16—17 марта того же года над Либавой и Полярным были обстреляны иностранные самолеты.
Вскоре Кузнецов был вызван к Сталину и получил выговор за такие действия. Ему велено было отменить свой приказ. Приказ он отменил – с вождем спорить было опасно, но издал другой: огня по нарушителям не открывать, а высылать истребители для принуждения самолетов-нарушителей к посадке на наши аэродромы.
Летом 1941 года по его указанию были усилены корабельные дозоры и разведка, а с 19 июня все флоты перешли на оперативную готовность № 1 – базам и соединениям предлагалось рассредоточить силы и усилить наблюдение за водой и воздухом, запретить увольнение личного состава из частей и с кораблей. Корабли приняли необходимые запасы, привели в порядок материальную часть; было установлено круглосуточное дежурство. Весь личный состав оставался на кораблях.
21 июня 1941 года после получения в 23.00 из Генерального штаба предупреждения о возможном нападении на СССР фашистской Германии 22—23 июня нарком ВМФ телеграммой потребовал от флотов немедленно перейти на готовность № 1, а еще раньше такое же распоряжение было передано всем флотам по телефону. Все ВМС страны перешли к готовности № 1 за несколько часов до начала Великой Отечественной войны.
22 июня 1941 года флот встретил по боевой тревоге, в первый день войны не потерял ни одного корабля и приступил к выполнению заранее разработанных планов. Уже 25 июня корабли Черноморского флота нанесли удар по румынскому порту Констанце, где имелись большие запасы горючего для германских войск. При отходе с успешно проведенной операции корабль «Москва» подорвался на мине. Анализируя это в Главном морском штабе (ГМШ) и наркомате, было выявлено, что противником стали применяться электромагнитные мины, против которых на советских кораблях защиты не было. Для решения этой проблемы была создана специальная группа ученых-физиков, которая вскоре нашла средство защиты кораблей и подлодок от этих мин.
Организация взаимодействия ВМФ с сухопутными силами в целях разгрома противника стала одним из основных направлений в деятельности Наркомата и Главного морского штаба ВМФ. Если на море флот справлялся с атаками врага, то на сухопутном театре военных действий положение армии было очень тяжелым. Немцы подошли к Одессе и Таллину, угроза нависла над Ленинградом и Севастополем. Морские гарнизоны перешли в подчинение общевойсковым командирам, которые не всегда умели использовать возможности флота. Кузнецов доказывал, что оперативное переподчинение флота фронтам и армиям чревато тяжелыми последствиями, приводя в пример неудачи при обороне Либавы и проведении Керченско-Эльтигенской десантной операции. Адмиралу, который первоначально даже не был введен в состав Ставки ВГК, пришлось использовать все свое влияние, неоднократно обращаться лично к Сталину, чтобы решить данный вопрос. В дальнейшем в годы войны Кузнецов стал сначала представителем Ставки ВГК по использованию сил флота на фронтах и членом ГКО, затем с 1944 года главкомом ВМС, а в конце войны – членом Ставки ВГК. Он лично докладывал в Ставку о положении на фронтах, где действовали силы флота, вносил свои предложения и добивался принятия решения. Он непосредственно участвовал в разработке планов проведения операций, в том числе тех, замысел которых зарождался в Ставке ВГК.
В августе 1941 года нарком ВМФ предложил нанести бомбовые удары по Берлину силами авиации ВМФ с аэродромов острова Эзель. Морская авиация не понесла потерь в первые дни войны, а использование ее для помощи армейским частям в Прибалтике позволило накопить достаточный опыт для проведения такой операции. Ставка дала согласие, возложив всю ответственность на Кузнецова. 7 августа 15 бомбардировщиков Балтийского флота поднялись в воздух и взяли курс на Берлин. Группу возглавил полковник Е.Н.Преображенский. Бомбардировки причинили определенный ущерб германской столице, но более важным было моральное и политическое значение этих налетов. За период с 8 августа по 5 сентября 1941 года на Берлин было совершено 9 налетов и сброшено 311 больших бомб.
В августе 1941 года стало ясно, что Таллин придется оставить, а корабли и войска вывести. Тогда Кузнецов обратился непосредственно в Ставку и получил разрешение на эвакуацию. Эвакуация флота и войск проходила организованно. Около 200 судов и транспортов, взяв на борт 23 тысячи солдат, совершили прорыв из Таллина в Кронштадт в неимоверно трудных условиях, через минные поля при постоянных атаках противника. Все эти силы влились в ряды защитников Ленинграда. Боевое ядро Балтийского флота было сохранено.
Опыт, полученный при прорыве из Таллина, был впоследствии использован при эвакуации войск из Одессы и Севастополя. Операция в Одессе была спланирована так умело, что флот не имел никаких потерь при ее проведении.
В начале 1942 года Кузнецов получил приказ о сформировании новых полков и бригад из моряков для сухопутных операций. В то же самое время шло формирование новой Волжской флотилии. До этого моряки героически защищали Москву, Одессу и Севастополь. В состав Волжской флотилии вошли моряки с Северного, Балтийского и Черноморского флотов, а новые части были укомплектованы в основном моряками Тихоокеанского флота и Амурской флотилии. Пока шло формирование, укомплектование и развертывание новых частей, прошло несколько месяцев. Затем они были переброшены на самый опасный участок фронта – Сталинград. Моряки вошли в состав 2-й гвардейской армии под командованием Р.Я.Малиновского, которая отбила все попытки немецких войск под командованием Манштейна деблокировать окруженную под Сталинградом 6-ю немецкую армию фельдмаршала Паулюса.
Еще одной сложной и ответственной задачей, которой пришлось заниматься Кузнецову в годы войны, стала организация морских перевозок из США в СССР. Путь был выбран самый короткий, но и самый трудный – через Северную Атлантику в Баренцево море и далее в порты Мурманска и Архангельска. Был разработан порядок встреч и сопровождения конвоев и меры по защите с моря и воздуха мест выгрузки. Для этих целей Северный флот был усилен подводными лодками с Тихого океана и сумел обеспечить проводку 77 конвоев (1464 транспорта) в порты СССР и из советских портов в порты союзников.
За годы войны флот вел непрерывные активные действия на коммуникациях противника. Одним из первых мероприятий флотов в начале войны стали минные постановки на путях возможного движения кораблей и судов противника. Всего было выставлено 9218 мин и минных защитников, на которых подорвалось около 110 транспортов и 100 кораблей охранения.
В декабре 1943 года Кузнецов доложил Верховному главнокомандованию свои соображения по поводу совершенствования практики оперативного руководства флотами со стороны командующих фронтами. В результате 31 марта 1944 года вышла директива Ставки ВГК, в которой формулировались основные принципы управления силами флота и их взаимодействия с другими видами вооруженных сил. Все флоты и флотилии во всех отношениях подчинялись наркому ВМФ. На отдельных этапах войны они могли быть переданы в оперативное подчинение командующих фронтами, округами, армиями, которые могли ставить им задачи, утвержденные Ставкой ВГК. Не связанные непосредственно с фронтами задачи, решаемые только Военно-Морскими Силами, должны ставиться флотам и флотилиям лично наркомом ВМФ. В соответствии с директивой Ставки ВГК нарком ВМФ стал именоваться главнокомандующим Военно-Морскими Силами СССР. На Н.Г.Кузнецова и ГМШ возлагалась обязанность самостоятельно разрабатывать крупные операции, согласовывать их с Генштабом или с командующими фронтами и нести полную ответственность за их проведение.
Флот успешно справлялся с самыми разнообразными задачами. Это и борьба на коммуникациях противника, и высадка десантов, и эвакуация населения, войск и различных грузов, и блокада побережья, занятого врагом, и содействие войскам при обороне или освобождении городов и многие другие. За годы войны силами флота было потоплено свыше 670 транспортов и до 615 кораблей охранения противника общим водоизмещением около 1600 тысяч тонн. Было также уничтожено в воздушных боях и на аэродромах 5 тысяч самолетов врага, высажено 113 морских десантов. Флоты обеспечили перевозку более 100 миллионов тонн грузов и 10 миллионов человек (в том числе по знаменитой ладожской Дороге жизни 1690 тысяч тонн грузов и 1 миллион человек). Весной 1945 года моряки (Днепровская флотилия) совершили уникальный переход по рекам и полуразрушенным каналам от Днепра до Одера и Шпрее. Пройдя 500 километров, канонерские лодки, бронекатера, плавучие батареи приняли активное участие в штурме Берлина.
