Благодаря своевременным действиям Кузнецова, узнавшего накануне войны о подготовке высшим военным руководством страны тревожной директивы для приграничных округов, флот встретил 22 июня 1941 г. в состоянии боевой готовности № 1 и не понес в этот день серьезных потерь.
Летом 1941 г. Кузнецов выступил одним из инициаторов нанесения бомбовых ударов по Берлину силами морской авиации, базирующейся на Балтике. В августе — сентябре 1941 г. морские летчики совершили 52 самолетовылета и сбросили на Берлин 36 тонн фугасных бомб и 34 бомбы с листовками. Хотя материальный урон столице Третьего рейха оказался не слишком велик, политическое и морально-психологическое значение этих бомбардировок вполне очевидно.
В связи со стремительным продвижением немцев вглубь страны, что привело к потере вначале передовых (Либава, Одесса), а затем и основных (Таллин, Севастополь) баз ВМФ, флоту на время пришлось отказаться от активных самостоятельных действий. Действующие флоты в оперативном отношении в начале войны были подчинены фронтам. Руководящая роль наркома ВМФ флотами оказалась сложной, т. к. задачи перед ними ставило фронтовое командование и реже Ставка. Корабли, авиация, береговая оборона и части морской пехоты, тесно взаимодействуя с сухопутными войсками, оказывали фронтам посильную помощь на приморских направлениях. Морскую авиацию перенацелили против танковых группировок противника и вражеских самолетов, надводные корабли были привлечены огнем поддерживать приморские фланги группировок Красной Армии. Корабли флотов перевозили сотни тысяч людей, миллионы тонн различных грузов. В октябре 1941 г. на флотах и флотилиях было сформировано 25 морских стрелковых бригад, участвовавших в битве за Москву и затем во всех боях и наступлениях наших войск до самого Берлина.
Всю войну Кузнецов был бессменным главкомом советского Военно-морского флота и членом Ставки ВГК. Около 20 раз он выезжал на флоты и в штабы фронтов, руководя операциями ВМФ и координируя их с действиями сухопутных войск.