El 26 de junio de 1941, poco después de que los alemanes invadieran la Unión Soviética, el Voroshilov cubrió los destructores soviéticos que bombardearon la ciudad rumana de Constanza, fue levemente dañado por una mina detonada por los paravanes del destructor Soobrazitelny. Bombardeó a las tropas del Eje cerca de Odesa el 19 de septiembre con 148 proyectiles de 180 mm y fue trasladado al puerto de Novorossíisk poco después. El 2 de noviembre, el buque fue bombardeado en el puerto por bombarderos Junkers Ju 88 del "Kampfgeschwader 51" (KG-51). Fue alcanzado dos veces; el primer impacto provocó un incendio en el cargador n.º 3 que se extinguió por el agua que entró en el buque debido al segundo impacto. Debido a los daños causados por el bombardero, el Voroshilov, tuvo que ser remolcado a Poti para su reparación, reparaciones que no se completaron hasta febrero de 1942. El 19 de marzo y el 3 de abril de 1942 bombardeó posiciones del Eje cerca de Teodosia, pero resultó dañado por fragmentos de bombas lanzadas por un bombardero alemán Ju 88 el 10 de abril y tuvo que regresar a Batumi para efectuar algunas reparaciones menores.