Суровым испытанием для молодого Северного флота явилась Великая Отечественная война.

С 22 июня 1941 года по 9 мая 1945 года Северный флот непрерывно действовал на открытом морском театре, который отличался огромными размерами и суровыми физико-географическими особенностями.
В ходе войны в задачи флота входило прикрытие приморского фланга 14-й армии от вражеских десантов и обстрелов кораблей, защита своих путей морского сообщения и удары по коммуникациям врага, нарушавшие транспортные перевозки противника и лишавшие его инициативы на море.
Флот также высаживал десанты и разведывательные отряды в тыл врага. Большую роль в сражениях при обороне Заполярья сыграли высадки десанта в губе Большая Западная Лица в 1941-м и 1942-м годах, на мыс Пикшуев и в Мотовском заливе. Во время советского наступления в 1944-м году флот высаживал десант в губе Малой Волоковой, в порту Лиинахамари и в Варангер-фьорде.
Флот формировал и посылал на сухопутный фронт части морской пехоты, прославившиеся в боях под Москвой, Ленинградом, Сталинградом и на Северном Кавказе.
С 1942 по 1944 гг. в Полярном на ротационной основе базировались 2-3 английских подводных лодки, надводные корабли Англии и США. При сопровождении конвоев на Север погибли 40 000 моряков союзных флотов.
Противостоя крупным силам противника, флот за годы Великой Отечественной войны уничтожил свыше 200 боевых кораблей и вспомогательных судов, более 400 транспортов общим тоннажем свыше 1 миллиона тонн, около 1 300 самолётов врага. Была обеспечена проводка 76 союзных конвоев с 1 463 транспортами и 1152 кораблями охранения. По внутренним коммуникациям Ледовитого океана было проведено 1 548 конвоев. Соединениями и частями флота, действовавшими на сухопутном фронте, истреблены десятки тысяч фашистских солдат и офицеров.