С июля 1942 года и до окончания Великой Отечественной войны Н. П. Каманин находился на фронте. С июля 1942 года командовал 292-й штурмовой авиационной дивизией 3-й воздушной армии на Калининском фронте. С февраля 1943 — командир 8-го смешанного авиационного и 5-го штурмового авиационного корпусов (Степной, Воронежский, 1-й Украинский и 2-й Украинский фронты). Внёс весомый вклад в совершенствование тактики боевых действий штурмовиков Ил-2. Соединения под его командованием участвовали в Великолукской, Белгородско-Харьковской, Киевской, Корсунь-Шевченковской, Львовско-Сандомирской, Будапештской и Венской операциях; освобождали от гитлеровских захватчиков Украину, Польшу, Румынию, Венгрию и Чехословакию.