З 1940 начальник Оперативного управління, потім перший заступник начальника Генштабу. В червні 1941 генерал- лейтенант. Під час Великої Вітчизняної війни 1941—45 — начальник штабу Північно-Західного фронту (з червня 19410, заступник начальника Генштабу (з травня 1942), командувач військ Воронезького (липень—жовтень 1942 і березень—жовтень 1943), Південно- Західного (жовтень 1942 — березень 1943) та 1-го Українського (жовтень 1943 — березень 1944) фронтів. М. Ватутін брав безпосередню участь у плануванні та здійсненні операцій у Сталінградській і Курській битвах, у визволенні Лівобережної України, проведенні Острозько-Россошанської, Київських наступальної та оборонної операціях. 6 листопада 1943 війська 1-го Українського фронту, форсувавши Дніпро, визволили Київ від нацистських окупантів. Під час підготовки наступальної Проскурівсько-Черні- вецької операції М. Ватутін проводив оперативну нараду у штабі 13-ї армії, звідки 29 лютого 1944 виїхав у розташування 60-ї армії. На північній околиці с. Милятин Рівненської обл. був тяжко поранений у сутичці з загоном УПА, перевезений до госпіталю в Києві (вул. Артема, 27), де помер у ніч на 15 квітня.
М. Ватутін вніс значний вклад у розвиток теорії воєнного мистецтва з питань оточення великих угруповань противника, у застосування пересувних груп фронту. Ім'я генерала носить один з проспектів Києва.
25січня 1948 на могилі відкрито пам'ятник (ск. Є. Вучетич, арх. Я. Біло- польський), орієнтований на вул. М. Грушевського. Розміри: вис. скульптури — 3,65 м, постаменту і цоколю — 4,5 м, пл. мозаїчного панно — 35 кв. м. Постать М. Ватутіна, висічена з блоку сірого граніту, встановлена на прямокутному постаменті. Постамент і цоколь, що має форму зрізаної піраміди, виготовлені з блоків чорного лабрадориту.

По периметру постамент облямовують лаврові бронзові гірлянди. На торцях викарбувано два рельєфи, які відтворюють епізоди форсування Дніпра і зустрічі українського народу з визволителями (ск. П. Ульянов). На чоловому боці бронзовими літерами викарбува- но присвятний напис. Могила оточена невисоким гранітним бордюром і вкрита симетрично розташованими кольоровими мозаїчними композиціями, що символізують військову доблесть, безсмертя подвигу — прапори, смолоскипи, орденські стрічки, об'єднані фризом з листя лавра і дуба, а також орденів (худ. С. Кириченко). У центрі мозаїчного панно встановлено гранітну плиту з посвятою.
Скульптор Є. Вучетич — один з небагатьох митців, який міг дотримуватися компромісу між нормативністю єдиного методу соціалістичного реалізму й пластикою, композиційно просторова генеза якої вкорінена в античні та ренесансні традиції, а образна структура сформована в реалістичному мистецтві 1-а пол. 19 ст. Задля монументальної цілісності митець зобразив М. Ватутіна у шинелі, ожививши великі площини стриманим ритмом вертикальних складок. Композиційно-образним засобом художньої структури пам'ятника є портретно деталізований психологізм з акцентуванням рис воїнської героїки, впевненості в перемозі, метаморфозованих в імперсональну характеристику колективного образу Радянської армії. Чіткий силует пам'ятника добре сприймається на зеленому тлі Маріїнського парку [771].