Sammen med andre partisansoldater bevegde Kosmodemjanskaja seg mange ganger inn i territorium som var okkupert av nazistene. De plasserte miner langs veiene og kuttet kommunikasjonslinjer. 27. november 1941 fikk Zoja i oppgave å brenne landsbyen Petrisjtsjevo, der et tysk regiment fra kavaleriet var utstasjonert. Zoja klarte å sette fyr på noen få hus før hun ble oppdaget av en gruppe sovjetiske kollaboratører som informerte tyskerne.