Während des Finnisch-Sowjetischen Kriegs organisierte Papanin die Militärtransporte auf dem Weißen Meer. 1941/42 wurde er in Archangelsk eingesetzt, wo er mehrere Häfen ausbauen ließ, über die der Nachschub der Alliierten im Rahmen des „Lend Lease Act“ lief. Auch den Hafen von Murmansk ließ er trotz dessen Nähe zur Front wieder instand setzen, weil dieser auch im Winter eisfrei war. 1943, zum Konteradmiral ernannt, verbrachte er im östlichen Abschnitt des Nördlichen Seewegs, um die Überführung von Flugzeugen aus den USA zu organisieren. Außerdem liefen auch einige Geleitzüge aus dem Osten kommend durch den Nördlichen Seeweg (detaillierte Beschreibung der Kriegsaktivitäten im Artikel Hauptverwaltung Nördlicher Seeweg). Ab 1944 bekam Iwan Papanin wegen seiner Herzkrankheit so starke Probleme, dass er schließlich 1946 die Leitung der Hauptverwaltung Nördlicher Seeweg aufgeben musste.