Николай Воронов по-праву считается создателей той артиллерии Красной Армии, которая сыграла выжнейшую роль в победе СССР в Великой Отечественной войне.
Перед самым началом войны в руках у генерала Воронова были сосредоточены практически все бразды правления советской артиллерией, в том числе и зарождавшейся реактивной, а затем и средствами ПВО. Однако главным артиллеристом оставался зам наркома обороны маршал Кулик, который не обладал и десятой долей знаний и умений, которые были у Воронова. В мемуарах Воронова целая глава -"Перед бурей" посвящена в том числе тем глупостям и диким выходкам Кулика, с которыми ему пришлось бороться, досталось там и генералу Павлову, в то время возглавлявшему автобронетанковое управление. Описывая прибывание Кулина на Халкин-Голе, Воронов дал ему исчерпывающую характеристику, верную и для всех других случаев:
" Кулик вносил много путаницы. Он был человеком малоорганизованным, много мнившим о себе, считавшим все свои действия непогрешимыми. Часто было трудно понять, чего он хочет, чего добивается. Лучшим методом своей работы он считал держать в страхе подчиненных. Любимым его изречением при постановке задач и указаний было: «Тюрьма или ордена».
Только в июле 1941 года Воронов окончательно избавился от подчинения маршалу Кулику, став заместителем наркома. Он очень хорошо проявил себя под Ленинградом осенью 1941 - зимой 1942 года, но настоящий взлет его карьеры пришелся на Сталинградскую битву.
В начале осени 1942-го года Воронов вместе с Василевским разработали операцию "Уран", в ходе которой немцы и их сателлиты оказались в котле под Сталинградом. Режим секретности был так высок, что военачальники, с которыми они общались на месте, долго ничего не знали о готовящейся операции:
Глубина прорыва для ударной группировки войск Юго-Западного фронта намечалась в 120 километров, а для ударной группировки войск Сталинградского фронта — до 100 километров. Развивать успех необходимо в высоких темпах с тем, чтобы за 3-4 суток завершить окружение вражеских войск. В этой обстановке наша артиллерия, тесно взаимодействуя с авиацией, должна нанести сокрушительные удары на всю оперативную глубину обороны врага, проложить своим огнем путь подвижным оперативным соединениям, а зенитчики были обязаны надежно прикрыть их от воздушного противника.
После успешного завершения окружения противника Воронов занимался координацией работы артиллерии на наступавших Юго-Западном и Воронежским фронтами, когда 19 декабря ему позвонил Сталин и приказал прочно подготовить артиллерийское обеспечение операции "Кольцо" по уничтожению Сталинградского котла.
Поскольку Ставка хотела как можно скорее разобраться с немецкой группировкой, окруженной в Сталинграде, Воронов и Рокоссовский в сжатые разработали операцию, которая началась 10 января 1943 года. Через 8 дней Воророну первым из советских военачальников было присвоено только что введенное звание маршала рода войск, а в конце месяца он уже допрашивал пленного фельдмаршала Паулюса.