С первых дней Великой Отечественной войны Полевой находился в действующей армии в качестве корреспондента «Пролетарской правды», с конца октября 1941 г. – газеты «Правда», был на Калининском фронте.

В 1942 г. в «Правде» опубликована статья о подвиге 83-летнего крестьянина Матвея Кузьмина, повторившего, по мнению писателя, подвиг Ивана Сусанина.

В 1945 г. Полевой был прикреплен к Первому Украинскому фронту, среди прочего, одним из первых описал ужасы только что освобожденного Освенцима, в частности, представив 29 января 1945 г. докладную записку начальнику политуправления Первого Украинского фронта.

Конец войны Полевой встретил в Праге, откуда передал свой последний военный репортаж.

15 апреля 1946 г. Полевой был свидетелем допроса Нюрнбергским трибуналом главного фашистского палача Освенцима, его бывшего коменданта Рудольфа Хесса, о подробностях которого Полевой рассказал в статье «Дымы Освенцима» для Совинформбюро в тот же день.

Награды военного времени: 2 ордена Красного Знамени, 2 ордена Отечественной войны 1-й степени, орден Красной Звезды.