Seine Popularisierung sowie weltweite Verbreitung erfuhr das Lied Katjuscha anlässlich des Angriffs der deutschen Wehrmacht auf die Sowjetunion und des dadurch ausgelösten Großen Vaterländischen Kriegs. Die Beliebtheit des Liedes während der Kriegsjahre soll auf einen Studentinnenchor einer Moskauer Industriehochschule zurückgehen, der an die Front ausrückende Soldaten im Juli 1941 mit dem Lied verabschiedete. Zur offiziellen Kriegshymne der Sowjetunion avancierte dagegen "Wstawaj, strana ogromnaja" "(Steh auf, du Riesenland;" englischer Titel: "The Sacred War)" – ein Stück, das eigens zu diesem Zweck komponiert und bereits einen Monat zuvor bei einer früheren Soldatenverabschiedung gespielt worden war. Bis Kriegsende wurde Katjuscha von unterschiedlichen Interpreten und Formationen gesungen – unter anderem der Folkloresängerin Lidija Ruslanowa und dem Chor der Roten Armee. Der Name des sowjetischen Katjuscha-Raketenwerfers geht ebenfalls auf das Lied zurück. Was die Bedeutung für die sowjetischen Soldaten an der Front anbelangt, veranschlagen Historiker Katjuscha ähnlich hoch wie den bekannten deutschen Weltkriegsschlager "Lili Marleen."