В феврале 1941 года Кузнецов приказал увеличить состав боевого ядра флота и издал директиву о разработке оперативного плана войны против Германии и ее союзников. В апреле—июне 1941 года проводились учения и проверки хода ремонта кораблей, строительства новых баз, аэродромов, фактической готовности флота к переходу на оперативную готовность № 1. Любые недостатки в подготовке кораблей, частей и соединений флота нарком считал чрезвычайным происшествием и приказывал сурово наказывать виновных. Вскоре обстановка еще более обострилась. Исходя из поступавших сведений о сосредоточении неприятельских войск у границ, нарком ВМФ по собственной инициативе перевел флоты 18–19 июня на оперативную готовность № 2, а в ночь на 22 июня — на оперативную готовность № 1. Командующих флотами конфиденциально предупредили о возможности войны.
Все эти меры позволили флотам ВМФ СССР встретить нападение 22 июня 1941 года во всеоружии. От первых налетов гитлеровской авиации на военно?морские базы потерь не было.
Германия, не располагавшая большим флотом, поставила целью брать военно?морские базы с суши. Посему основной задачей ВМФ стало взаимодействие с армией и авиацией. Кроме того, флот выполнял типичные для него задачи: действия на неприятельских коммуникациях подводных лодок и легких судов, постановку минных заграждений и траление поставленных неприятелем мин, перевозки войск и грузов. На приморских направлениях основным результатом действия флота явилась оборона портов и островов, надолго задерживавшая наступление противника и сорвавшая замысел «молниеносной» войны.
Не раз нарком выезжал на фронт. Особенное внимание Кузнецов обращал на взаимодействие с сухопутными войсками. По его указанию Главный морской штаб при содействии специалистов Генштаба разработали «Инструкцию по организации связи и взаимодействия войск Красной армии с кораблями, соединениями и частями Военно?морского флота» (1942), «Наставление по совместным действиям сухопутных войск с Военно?морским флотом и военными речными флотилиями» (1943), «Положение о морском представительстве при фронтах, отдельных армиях и военных округах Красной армии» (1944).
Еще на совещании в декабре 1940 года Кузнецов высказал мысль о том, что историю необходимо знать, чтобы она помогала разгадать вероятные способы борьбы противника и найти контрмеры. В декабре 1942 года он это конкретизировал как требование в директиве:
«В данный момент важно быстро извлекать непосредственный опыт по проведенным операциям или боевой деятельности флотов с тем, чтобы так же быстро помочь остальным, указать на наши сильные стороны и ошибки».
Как нарком ВМФ Н.Г. Кузнецов участвовал в Ялтинской и Потсдамской конференциях глав правительств союзных держав в 1945 году. В период войны с Японией он был заместителем маршала Василевского и координировал действия Тихоокеанского флота и Амурской флотилии с сухопутными войсками. Осенью 1945 года, после Потсдама и Хиросимы, Кузнецова срочно вызвали в Москву. По пути нарком набрасывал планы кораблестроения мирного времени. Он считал, что необходимо строить крейсера, эсминцы, подводные лодки, которые себя оправдали, и авианосцы, ибо без авиационной поддержки и надводных сил нет поддержки подводникам.
14 сентября 1945 года Кузнецову присвоили звание Героя Советского Союза за образцовое выполнение заданий Ставки Верховного Главнокомандования по руководству боевыми операциями флотов в войне против фашистской Германии и милитаристской Японии и личный вклад в победу над врагом.
Окончание войны поставило перед руководством флота нелегкие проблемы. Требовалось восстанавливать разрушенные базы и создавать новые в районах, которые оказались на территории СССР. За время боевых действий износились боевые корабли. Всеми этими вопросами занимался нарком. Статус СССР как великой державы требовал создания мощного флота. В ноябре 1945 года правительству представили проект 10?летнего плана кораблестроения. С планом не был согласен И.В. Сталин. Чтобы укротить несговорчивого наркома, его по сфабрикованному делу судили и понизили в звании до контр?адмирала. 8 марта 1948 года моряка сняли с должности. Март—июнь 1948 года Кузнецов состоял в распоряжении главкома ВМС. Затем моряка направили на Тихий океан. До февраля 1950 года он состоял заместителем главнокомандующего войсками Дальнего Востока по ВМС, с 20 февраля 1950 по 8 июля 1951 года командовал 5?м ВМФ на Тихом океане.