В начале Великой Отечественной войны, в конце июля 1941 года В. В. Нанейшвили назначен командующим ВВС 47-й армии, в сентябре — командующим ВВС 46-й армии. Участвовал в операции по вводу советских войск в Иран в 1941 году. С декабря 1941 года — командующий ВВС 44-й армии. В декабре 1941 — январе 1942 года лётчики 44-й армии участвовали в Керченско-Феодосийской десантной операции, а затем в боевых действиях Крымского фронта. С мая по сентябрь 1942 года — командир 238-й штурмовой авиационной дивизии 5-й воздушной армии Северо-Кавказского фронта.