Через неделю после начала войны (30 июня 1941) Сталин был назначен Председателем только что образованного Государственного комитета обороны.

 3 июля Сталин выступил с радиообращением к советскому народу, начав его со слов: «Товарищи, граждане, братья и сёстры, бойцы нашей армии и флота! К вам обращаюсь я, друзья мои!»

 10 июля 1941 года Ставка Главного Командования была преобразована в Ставку Верховного Командования, и председателем вместо Тимошенко был назначен Сталин.

 19 июля 1941 года Сталин сменил Тимошенко на посту наркома обороны.

 С 8 августа 1941 года Сталин Указом Президиума Верховного Совета СССР был назначен Верховным Главнокомандующим Вооружёнными Силами СССР, а Ставка Верховного Командования была переименована в Ставку Верховного Главнокомандования.

 16 августа 1941 года Сталин подписал Приказ Ставки Верховного Главнокомандования № 270, в котором значилось: «Командиров и политработников, во время боя срывающих с себя знаки различия и дезертирующих в тыл или сдающихся в плен врагу, считать злостными дезертирами, семьи которых подлежат аресту как семьи нарушивших присягу и предавших свою Родину дезертиров».

 30 мая 1942 года Сталин подписал постановление ГКО о создании Центрального штаба партизанского движения при Ставке Верховного Главнокомандования. 5 сентября 1942 года издаёт приказ «О задачах партизанского движения», ставший программным документом в дальнейшей организации борьбы в тылу захватчиков.

 28 июля 1942 года Сталин в качестве наркома обороны подписал «Приказ № 227», направленный на ужесточение дисциплины в Красной армии, запретивший отход войск без приказа руководства, вводивший штрафные батальоны в составе фронтов и штрафные роты в составе армий, а также заградительные отряды в составе армий.

 Начало коренного перелома в войне, положенное в Сталинградской битве имело продолжение в ходе зимнего наступления Красной армии 1943 года. В Курской битве начатое под Сталинградом было завершено, наступил коренной перелом не только в Великой Отечественной, но и во всей Второй мировой войне. 11 февраля 1943 года Сталин подписал постановление ГКО о начале работ по созданию атомной бомбы.

 25 ноября 1943 года Сталин в сопровождении Наркома иностранных дел СССР В. М. Молотова и члена ГКО, заместителя Председателя СНК СССР К. Е. Ворошилова едет в Сталинград и Баку, откуда на самолёте (в первый и единственный раз в жизни) летит в Тегеран (Иран). С 28 ноября по 1 декабря 1943 года Сталин участвует на Тегеранской конференции — первой за годы Второй мировой войны конференции «Большой тройки» — лидеров трёх стран: СССР, США и Великобритании.

 4 февраля — 11 февраля 1945 года Сталин участвует в Ялтинской конференции союзных держав, посвящённых установлению послевоенного мирового порядка.

 Под руководством И. В. Сталина Советской Армией была одержана Победа над фашизмом. Знамя Победы — штурмовой флаг 150-й ордена Кутузова II степени Идрицкой стрелковой дивизии был водружён 1 мая 1945 года на крыше здания рейхстага в городе Берлине военнослужащими Красной Армии Алексеем Берестом, Михаилом Егоровым и Мелитоном Кантария.

 Умер Сталин 5 марта 1953 года в своей официальной резиденции — Ближней даче, где он постоянно проживал в послевоенный период.