За несколько дней до Великой Отечественной войны Н. Н. Воронов назначается начальником Главного управления ПВО. А через месяц, 19 июля 1941 года, в связи с восстановлением упраздненной за год до этого должности начальника артиллерии Красной Армии он вновь назначается на этот пост.
Начался новый период в его жизни, самый яркий и самый продуктивный. Николай Николаевич вступил в него 42-летним, относительно для занимаемого положения молодым человеком, однако вполне зрелым и готовым к полноценному выполнению своих ответственных, сложных и разнообразных обязанностей.
20 июля 1941 года генерал-полковник артиллерии Н. Н. Воронов получил первое приказание Верховного главнокомандующего - выехать в качестве представителя Ставки в район Ельни, где шли ожесточенные бои. Там он пробыл до 5 августа, когда на этом направлении наступило затишье.
Вместе с начальником артиллерии Резервного фронта Л. А. Говоровым они разработали в это трудное время подробную инструкцию по борьбе артиллерии с танками. Доложенная Л. А. Говоровым в Ставке инструкция получила одобрение и пошла в войска в качестве ее директивы. По возвращении с фронта Н. Н. Воронов представил Верховному Главнокомандующему подробный доклад об основных недостатках в подготовке наших войск, в ведении ими боев и в управлении ими. Это был мужественный и нелицеприятный доклад, беспощадно вскрывавший недостатки. Вместе с тем он был глубоко оптимистичен, проникнут глубокой уверенностью в преходящем характере недостатков и содержал практические рекомендации, направленные на скорейшее их устранение. Такой доклад являлся серьезным документом, ориентирующим Верховного Главнокомандующего в действительной обстановке на поле сражения под Ельней.
В Москве Воронову пришлось быть недолго; трижды в 1941 году его направляли в Ленинград: в конце августа в составе комиссии Государственного Комитета обороны, когда была произведена реорганизация управления войсками северо-западного направления; в середине сентября, теперь уже по просьбе Военного совета Ленинградского фронта, когда началась блокада города и надо было внимательно изучить новые условия в его обороне; наконец, с середины октября и по 5 декабря, когда в Ленинграде разрабатывался план прорыва блокады, однако для его выполнения не хватало ни сил, ни средств.
По возвращении Н. Н. Воронов в докладе Верховному Главнокомандующему обобщил свои донесения и устные доклады. Он подробно изложил положительные факты в действиях войск и недостатки в управлении ими, объективно охарактеризовал сильные и слабые стороны противника. Особо отметил Николай Николаевич героическое поведение населения своего родного Ленинграда:
"Население голодает, город находится под бомбежкой авиации и постоянным обстрелом тяжелой артиллерии, в городе многие семьи имеют убитых и раненых на фронте, работают все без дней отдыха, выше всяких законных норм, основная масса населения города прекрасные советские люди, подлинные патриоты Родины. Они готовы переносить все, лишь бы разбить врага... Кадры славного города блестяще выдерживают боевой экзамен". Сказанное он иллюстрировал примерами.
Между тремя поездками в Ленинград Н. Н. Воронов в Москве вел напряженную работу, занимаясь ускорением подготовки новых формирований и отправкой на фронт артиллерийских частей. Пожалуй, только его энергии и настойчивости мы обязаны тем, что летом и осенью 1941 года, в период отступления и больших потерь, не была брошена вся или большая часть артиллерии большой и особой мощности. Частей, имевших на вооружении орудия от 203-мм до 305-мм, было мало вообще, производства таких орудий не было совсем, и потеря их могла оказаться невосполнимой. На фронтах же летом и осенью 1941 года они, по существу, были не нужны, но зато могли потребоваться в случае прорыва сильно укрепленных позиций и укрепленных районов. Н. Н. Воронов глубоко был уверен в том, что перелом в ходе войны рано или поздно наступит, а в стратегическом тылу у врага окажется много укрепленных районов, прорыв которых потребует особо мощной артиллерии. Однако не так просто было вырвать эти части с фронтов, даже при согласии на то начальника Генерального штаба. Лишь распоряжение Верховного Главнокомандующего помогло постепенно вывести эти части в глубокий тыл. Оставлены были несколько полков и отдельных дивизионов только на Ленинградском и Западном фронтах, да Южный фронт вопреки полученному распоряжению все же оставил у себя два полка 203-мм гаубиц.
В декабре 1941 года Н. Н. Воронов поставил перед председателем Государственного Комитета обороны вопрос о создании специальных артиллерийских резервов, так как тогда формировались лишь стрелковые соединения и танковые. В связи с этим он писал: "В некоторых из них формируется положенная артиллерия. Для наступательных действий эта артиллерия будет слаба и крайне недостаточна. Верховному командованию Красной Армии необходимо иметь свой мощный резерв".
Надо сказать, что всю войну Н. Н. Воронов проявлял особую заботу об артиллерии Резерва Верховного Главнокомандования (РВГК). Многое сделал Николай Николаевич для постепенного осознания руководителями директивных органов Наркомата обороны необходимости форсированного роста артиллерии РВГК как основного источника средств стратегического и оперативного маневра артиллерией. Поэтому и штабу легче было осуществлять в этом направлении организованные мероприятия. Надо отметить, что в росте и развитии артиллерии РВГК Н. Н. Воронову оказывал неизменную поддержку Верховный Главнокомандующий И. В. Сталин, помнивший о наличии тех или иных артиллерийских соединений и последственно решавший вопросы о маневре ими в той или иной стратегической операции. Решение задачи облегчалось еще и потому, что в ходе войны сокращался объем формирований общевойсковых соединений и увеличивался приток артиллерийского вооружения из промышленности.
Мысль об организации крупных артиллерийских соединении Н. Н. Воронов вынашивал давно, когда, казалось, и думать об этом было еще преждевременно: в первое полугодие войны у нас наблюдался просто "голод" в артиллерии. Следовательно, реальных возможностей для организации нужных артиллерийских соединений не было. А Воронов в начале февраля 1942 года просил меня высказать свои соображения о разработанной им самим схеме организации артиллерийского корпуса.
