А территории города и области было сформировано 56 воинских частей и соединений. В ноябре 1941 года в городе, кроме того, сформированы 72 отряда народного ополчения (34568 человек), которые участвовали в битве под Москвой. На фронтах Великой Отечественной войны сражались 822 тысячи горьковчан — каждый четвертый житель области. Из них более 350 тысяч человек не вернулись с полей сражений — погибли, пропали без вести или умерли от ран в госпиталях. Из морских походов не вернулись 130 подводников. За боевые подвиги высшей награды — Золотой Звезды Героя были удостоены 316 нижегородцев.
В ноябре 1941 года началось формирование Горьковского района ПВО. Первые авианалёты совершены днём 4 ноября и на следующую ночь. В 1942 году старший лейтенант Петр Иванович Шавурин 722-го иап ПВО совершает 2 успешных тарана, став единственным советским летчиком, имеющим безусловное подтверждение двух «таранных» побед. В июне 1943 года на город было совершено три крупных налёта, основной целью был автозавод им. Молотова. На город была сброшена 1631 фугасная бомба и 33934 зажигательных, из них на автозавод — соответственно 1095 и 2493. На автозаводе было разрушено или повреждено 50 зданий и сооружений, более 9 тыс. конвейеров и транспортёров, 5900 единиц технологического оборудования, 8 тыс. моторов, 28 мостовых кранов, 8 цеховых подстанций, 14 тыс. комплектов электроаппаратуры и приборов. Погибло 254 жителя Автозаводского района и 28 бойцов ПВО, ранено 492 жителей и 27 бойцов.
Во время войны в Горьком были созданы эвакопункт и эвакобаза (в речном порту) для обслуживания и распределения потока эвакуируемых. В десятках госпиталей за годы войны прошли лечение более 500 тыс. раненых воинов.
Город был важным центром производства вооружений. Каждый второй автомобиль, каждый третий танк и каждая четвертая артиллерийская установка были изготовлены на предприятиях города.
За военные годы горьковчане дали фронту 38 тысяч танков, самоходных артиллерийских установок, бронемашин, 43 тысячи минометов, 16 тысяч самолетов, 22 подводные лодки, 109 тысяч автомашин, более 85 тысяч радиостанций, а также 101 тысячу артиллерийских орудий и 1165 «Катюш».
В память о трудовых подвигах к 30-летию победы у стен кремля был открыт Мемориал «Горьковчане — фронту».