Bei Beginn des deutschen Angriffs auf die Sowjetunion wurde aus diesem die Südwestfront unter Armeegeneral M. P. Kirponos (1892–1941). Im Juli 1941 wurde Purkajew jedoch abgelöst, um Befehlshaber der "60. (Reserve)-Armee" zu werden. Aus dieser wurde im Januar 1942 die 3. Stoßarmee, an deren Spitze Purkajew in den Winterschlachten bei Cholm und Demjansk stand. Im August 1942 übernahm er das Kommando über die Truppen der Kalininer Front. Im Winter 1942/43 konnte er zwar die Kämpfe um Welikije Luki für sich entscheiden, doch bei der „Operation Mars“ gegen den deutschen Frontbogen bei Rschew blieb er hinter den Erwartungen zurück. Im April 1943 wurde er deshalb mit dem Kommando über die 2. Fernostfront betraut. Mit dieser hatte er 1945 maßgeblichen Anteil an der „Operation Auguststurm“ gegen die japanischen Truppen.