1941年6月，纳粹德国对苏联发动全面进攻，由此开始了长达四年的苏联卫国战争。德军利用其空中优势对苏联铁路设施狂轰滥炸，仅1941年6—12月德军空袭铁路设施5939次，每昼夜33次，投弹超过4.6万枚，1504次空袭导致列车运行中断。整个战时德军空袭铁路设施19，863次，投掷了24.3万枚爆破弹和12万枚燃烧弹，其中11，326次造成不同程度的破坏，3949次导致列车运行中断。 苏联铁路按战时体制运作，列车按特定的军事运行图运行，务求最快速地运输军队及物资。在战争期间，苏联铁路承担了前所未见的运输任务，不仅要配合作战攻势将部队及军用物资及时地从后方运输到前线，还要完成将西部地区工业基地转移到西部的撤退运输。苏联铁路从作战开始就已经是德军的重点空袭目标，但由于迅速的抢修工作，铁路货运量在战争期间仍然不断增长。斯大林格勒战役后，德军为了阻碍苏军的追击，在撤退时破坏了超过6.5万公里的铁路，但苏联通过大规模及高效率的铁路修复工作，保证了作战前线及后方的联系。到了战争后期，随着苏军不断向柏林推进，铁路抢修工作并扩展到波兰、南斯拉夫、捷克斯洛伐克、匈牙利、罗马尼亚等国家。至二战结束时，苏联国内的铁路基本上已经全部通车。不少铁路工人因为战时的英勇事迹，而获得社会主义劳动英雄的称号。130多万女铁路工人同男同行一样经受住了战火的考验，及时保证了前线官兵的武器弹药和衣食住行所需，也保证了后方民众的生产生活所需。其中2440多女职工获得列宁勋章、社会主义劳动英雄称号和劳动红旗勋章等各种奖励。