Наиболее напряженно ему приходилось работать при подготовке и проведении ряда десантных операций: Керченско-Феодосийской, Новороссийской, Керченско-Эльтингенской, Петсамо-Киркинесской и др. Постоянно изучал опыт боевого применения кораблей и оперативно доводил его до флотских командиров. Много сделал для взаимодействия сил флота и армии в осуществлении как оборонительных, так и наступательных операций.
В феврале 1944 г. Н. Г. Кузнецову первому в СССР было присвоено высшее воинское звание на флоте — адмирал флота, и он единственный носил погоны с четырьмя звездами, а 31 мая 1944 г. — звание Адмирал флота с маршальскими звездами на погонах, приравненное к званию маршала Советского Союза.
В ходе войны с Японией в 1945 г. Н. Г. Кузнецов руководил действиями Тихоокеанского флота и Амурской военной флотилии, находясь непосредственно в ставке Вооруженных сил Дальнего Востока, координировал действия флота с сухопутными войсками при проведении десантирования на Сахалин, Курильские острова и порты Северной Кореи. После разгрома Японии Кузнецов был удостоен звания Героя Советского Союза.
Кузнецов был одним из инициаторов создания нахимовских училищ и школ.
В 1945 г. участвовал в Крымской и Берлинской конференциях лидеров «большой тройки» — СССР, США и Великобритании. В Крыму ему пришлось решать вопросы, связанные с совместными действиями союзников в Европе, на Дальнем Востоке, военно-морскими поставками по ленд-лизу, выполнять ответственные поручения Ставки по организации и обеспечению приема и безопасности кораблей и самолетов союзных делегаций. Во время Потсдамской конференции Кузнецов участвовал в решении вопроса о разделе между союзниками германского флота. В итоге Советский Союз получил 150 боевых и более 420 вспомогательных кораблей.
После окончания войны Н. Г. Кузнецов на основе анализа и обобщения боевого опыта выдвинул план кораблестроения на 1946–1955 гг., в соответствии с которым основными классами боевых кораблей советского флота должны были стать авианосцы (большие и малые), крейсера с 9-дюймовой артиллерией, подводные лодки, эсминцы и т. д. Кроме того, в советском ВМФ в рамках подготовки новой программы судостроения началась большая научная работа по разработке методов защиты от ядерного оружия и исследованию возможностей применения ядерной энергии. Николай Герасимович считал первостепенной задачей создание сбалансированных по родам сил и классам кораблей флота. Однако руководство Наркомата судостроения решительно возражало против строительства авианосцев, поэтому проект плана неоднократно подвергался корректировке. Разногласия касались также продолжения строительства тяжелых крейсеров, против чего категорически возражал Н. Г. Кузнецов. Его мнение, однако, было проигнорировано на самом высоком уровне.