С 22 по 26 июня 1941 года Н.Ф. Ватутин возглавлял работу Генштаба (в это время Жуков находился на Юго-Западном фронте в качестве представителя Ставки Главного Командования
30 июня 1941 года Ватутин был назначен начальником штаба Северо-Западного фронта .
В тот же день он во главе группы генералов и офицеров направился автотранспортом в Псков, где располагался штаб фронта.
Операции, проведённые в этот период:
- Прибалтийская стратегическая оборонительная операция.
- Оборона Пскова.
- Ленинградская стратегическая оборонительная операция.
- С перемещением штаба фронта в Новгород Ватутин принял активное участие в его обороне, непосредственно возглавив действовавшую здесь оперативную группу советских войск.
- Контрудар под Сольцами.
- Контрудар под Старой Руссой.
- Демянская оборонительная операция.
- Тихвинская оборонительная операция.
- Московская оборонительная операция.
- Калининская оборонительная операция.
- Тихвинская наступательная операция
- Мало-Вишерская наступательная операция
- Ржевско-Вяземская наступательная операция
- Торопецко-Холмская операция
- Демянская наступательная операция
7 июля 1942 года по решению Ставки из войск левого крыла Брянского фронта был образован новый Воронежский фронт, в командование которым с 14 июля 1942 года вступил генерал-лейтенант Н. Ф. Ватутин
Операции, проведённые в этот период:
- Воронежско-Ворошиловградская стратегическая оборонительная операция
- Касторненская оборонительная операция
22 октября 1942 года командующим Воронежским фронтом был вновь назначен генерал-лейтенант Ф. И. Голиков, а Н. Ф. Ватутина ожидало новое назначение.
25 октября 1942 года был образован Юго-Западный фронт 2-го формирования, в состав которого первоначально вошли входившие до этого в состав Донского фронта 21-я и 63-я армии, а также переброшенная с Брянского фронта 5-я танковая армия, командование фронтом было поручено Н. Ф. Ватутину
За разгром немецких войск под Сталинградом 28 января 1943 года Н. Ф. Ватутин (вместе с А. М. Василевским, Н. Н. Вороновым, А. И. Ерёменко, Г. К. Жуковым и К. К. Рокоссовским) был награждён орденом Суворова I степени, оказавшись в числе первых кавалеров этого ордена.
Операции, проведённые в этот период:
- Сталинградская стратегическая наступательная операция (операция «Уран»)
- Среднедонская наступательная операция (операция «Малый Сатурн»)
- Острогожско-Россошанская наступательная операция
- Ворошиловградская наступательная операция (операция «Скачок»)
28 марта 1943 года генерал армии Н. Ф. Ватутин вновь вступил в командование войсками Воронежского фронта[11].
5 июля 1943 года на участке обороны Воронежского фронта противник перешёл в наступление, организованность которого была серьёзно подорвана проведённой советскими войсками упреждающей артиллерийской контрподготовкой[28]. Началась Курская стратегическая оборонительная операция — первый этап Курской битвы[29].
Операции в этот период:
- Курская битва:
- Курская стратегическая оборонительная операция
- Белгородско-Харьковская стратегическая наступательная операция
- Битва за Днепр:
- Черниговско-Полтавская стратегическая наступательная операция
- Сумско-Прилукская операция
- Днепровская воздушно-десантная операция
- Букринская наступательная операция
- Лютежская наступательная операция
20 октября 1943 года на основании директивы Ставки Верховного Главнокомандования от 16 октября 1943 года Воронежский фронт переименован в 1-й Украинский фронт
Операции в этот период:
- Киевская наступательная операция
- Киевская оборонительная операция
- Днепровско-Карпатская стратегическая наступательная операция:
- Житомирско-Бердичевская наступательная операция
- Корсунь-Шевченковская наступательная операция
- Ровно-Луцкая наступательная операция
29 февраля 1944 года Н. Ф. Ватутин вместе со своим сопровождением выехал на двух машинах в расположение 60-й армии, при въезде в одно из сёл «машины попали под обстрел УПА. Н. Ф. Ватутин, выскочив из машины, вместе с офицерами вступил в перестрелку, во время которой был ранен в бедро» Спасти генерала так и не удалось, и 15 апреля 1944 года он скончался в госпитале от заражения крови[32].
17 апреля генерала армии Н. Ф. Ватутина похоронили в Киеве, в Мариинском парке.