Великая Отечественная война изменила условия и характер работы транспорта. Одновременно решались трудные задачи: воинские перевозки для фронта, эвакуация воинских складов и перебазирование материальных ценностей и людей из западных районов страны в восточные, перевозки по обеспечению нужд военной экономики и пассажирские. Изменились и направления грузопотоков. Основная нагрузка легла на железные дороги центра.

Для обеспечения бесперебойной работы транспорта была проведена перестройка его работы на военный лад. Началом перестройки явился перевод движения поездов с 24 июня 1941 года на особый воинский график. Он обеспечивал первоочередное продвижение воинских эшелонов и грузов, максимальное использование пропускной способности линий и четкую работу станций. На большинстве железных дорог европейской части страны были установлены строгий режим светомаскировки и правила работы в ночное время.

Большую роль в обеспечении воинских перевозок играло Управление военных сообщений Генерального штаба Красной Армии. В феврале 1942 г. при ГКО для координации работы всех видов транспорта был образован Транспортный комитет под председательством И. Сталина. В прифронтовых районах были созданы подвижные военно-эксплуатационные отделения и строительно-восстановительные органы, а также Военно-мобилизационные и Оперативно-эксплуатационные управления НКПС. В спецформирования НКПС входили мостовые поезда, передвижные вагоны-мастерские. Принятые в 1941 –1942 гг. решения по транспорту выдержали проверку Великой Отечественной войной, обусловили решающую роль ж.-д. транспорта в экономике в условиях военного времени.

В первый период войны (1941–1942 гг.) в условиях большой подвижности фронта, громадных материальных потерь и разрушений железнодорожники своевременно обеспечили мобилизационные перевозки, стратегическое развертывание сил Красной Армии и переброску военной техники. Одновременно работники транспорта осуществляли массовую эвакуацию населения и предприятий. Только в июле–ноябре 1941 г. на восток эвакуировано более 2,5 тыс. предприятий, в их числе 1523 крупных завода, 18 млн. рабочих, служащих и членов их семей. Общий объем перевозок по железным дорогам составил более 1,5 млн. вагонов или 30 тыс. поездов. Эвакогрузы составили около половины общего грузопотока, а на отдельных линиях – до 80%. Эти задачи часто приходилось решать в обстановке массированных налетов вражеской авиации. Фашистские самолеты уже в начальный период войны сбросили на важнейшие ж.-д. узлы СССР свыше 400 тыс. бомб. Всего вражеская авиация произвела на ж.-д. объекты СССР около 20 тыс. налетов, из них 11326 налетов причинили разрушения и 3949 полетов вызвали перерыв в движении поездов.

Во вторую волну эвакуации летом 1942 года когда враг предпринял наступления на юге и юго-западе страны, по Донецкой, Юго-Восточной, Сталинградской, Северо-Кавказской и Орджоникидзевской железным дорогам перевезли оборудование 150 крупных предприятий и около 8 млн. человек. При вынужденном отходе наших войск железнодорожные войска и спецформирования НКПС проводили заградительные работы, приводили в негодность ж.-д. пути, станции и другие устройства, чтобы затруднить использование коммуникаций гитлеровским захватчикам.

Большим испытанием для воинов-железнодорожников и работников ж.-д. транспорта в тылу явилась битва под Москвой. Применяя смелые маневры, железнодорожники в чрезвычайно сложной обстановке обеспечили быстрый подвоз необходимых воинских и снабженческих грузов для героических защитников Москвы.

Железнодорожные линии и сооружения, которые не удалось вывести из строя при отступлении, подвергались в дальнейшем ударам партизан, среди которых было немало железнодорожников. Широко известно имя начальника депо ст. Орша К.С. Заслонова. Созданная им группа «Народные мстители» в составе 30 человек выросла по своей численности в партизанскую бригаду. За осень и зиму 1941/42 года партизаны пустили под откос 93 фашистских эшелона, вывели из строя 118 паровозов, уничтожили сотни вагонов и автомашин.

Тысячи железнодорожников с оружием в руках сражались в действующей армии. Практически во всех фронтовых операциях войны участвовали бронепоезда, построенные железнодорожниками. Они защищали ж.д. узлы, прикрывали сосредоточение и развертывание советских войск, отличались смелыми внезапными налетами на позиции врага.

Железнодорожники провели огромную работу по транспортному обеспечению советской армии в Сталинградской и Курской битвах, в операциях на полях Украины, Белоруссии и Прибалтики, в битве за Берлин.

Железные дороги осуществляли грандиозный объем перевозок красноармейцев и командиров, боевой техники, вооружения и боеприпасов. Всего за годы Великой Отечественной войны железнодорожники перевезли более 19 млн. вагонов с грузом и людьми. На долю железнодорожного транспорта пришлось около 80% военных перевозок.

За годы войны на железнодорожном транспорте был выполнен огромный объем восстановительных работ. Всего за военный период железнодорожниками было восстановлено 83800 км главных путей, 24400 км станционных путей, 190 паровозных депо, 61700 стрелочных переводов, 2734 крупных мостов, 2300 пунктов водоснабжения, свыше 719 тыс. км линий связи. В трудных условиях железнодорожники продолжали строительство ранее начатых линий, построили Волжскую рокаду у Сталинграда вдоль берега Волги, рокадную линию для Курской битвы, «Дорогу жизни» для блокадного Ленинграда.

Советский железнодорожный транспорт, несмотря на огромные потери и разрушения, оказался способным усилить в ходе войны темпы своей работы, обеспечивая фронт и тыл всем необходимым для победы.

За годы войны железнодорожному транспорту СССР был нанесен огромный ущерб. Враг разрушил 65 тыс. км пути, что составляло примерно половину длины железных дорог, 13 тыс. мостов, 4100 станций, 1600 водонапорных башен, свыше 300 паровозных депо, 129 заводов транспорта, взорвал или вывез около 16 тыс. паровозов и 428 тыс. вагонов. В послевоенные годы предстояло в короткие сроки не только восстановить пострадавшие железные дороги страны, но и превысить довоенный уровень ж.-д. транспорта.