С самого начала войны завод перешёл на выпуск только военной продукции. 10 июля 1941 года Государственный Комитет Обороны страны утвердил военный план строительства кораблей, в котором упор был сделан на постройку малых кораблей и катеров.
Катера, которые раньше выпускались для нужд народного хозяйства, стали оснащать различным вооружением. В сапёрные части поставлялись катера ИУ и БМК. Катера лёгкого типа марки А, выпуск которых был освоен в 1938 году, стали выпускаться в трёх вариантах: тарпедолов, заправщик гидросамолётов, санитарное судно. Быстроходные катера МК с автомобильными двигателями ЗИС-5 стали использоваться в целях противовоздушной обороны.

Кроме всего прочего на заводе было организовано производство противотанковых «ежей», сапёрных лопаток, солдатских ножей и лыж. В условиях нехватки материалов это было совсем не простой задачей. К примеру, противотанковые ежи изготавливались из стального профиля, полученного ещё до войны для реконструкции завода.

Вся страна работала в сверхтрудных условиях, так работал и катерозавод в Рыбинске. Нередко работа прерывалась из-за налетов вражеской авиации. Для защиты завода и рабочего посёлка судостроителями были организованы специальные команды противовоздушной обороны, которые вели круглосуточное дежурство.

Для поиска лётчиков сбитых немецких самолётов и борьбы с вражескими диверсантами из молодёжи завода была сформирована рота истребительного батальона, которая вела патрулирование на территории предприятия и на улицах города. В конце 1942 года после длительного преследования и короткого боя ими были взяты в плен четверо фашистских лётчиков.

Приказом Наркомата рыбинскому катерозаводу было приказано передислоцироваться с техникой и оборудованием в Пермь и Тюмень. Первые два каравана из катеров и барж с работниками завода, их семьями, станками, материалами, полуготовыми изделиями были отправлены на восток. Они прошли часть маршрута водным путём, а когда реки замёрзли, перегрузились на платформы и по железной дороге добрались до пунктов назначения. «Зима 1941 года была лютая, холодная. В 30-градусные морозы на пустом месте мы строили завод. С железнодорожных платформ выгружали оборудование и устанавливали иго в спешно построенных цехах. Прошло совсем немного времени, и заработали первые станки, привезённые из Рыбинска. Мы трудились по 12 часов, налаживали выпуск продукции, необходимой фронту», — вспоминал ветеран войны и труда гибщик А.Степанов.
Еще два каравана не смогли добраться до Перми и Тюмени. Третий караван замёрз на Волге, не достигнув Костромы – пришлось возвращаться назад. Четвёртый вообще не успел отойти от заводской причальной стенки из-за ударивших морозов.

После разгрома немцев под Москвой часть завода остаётся на востоке страны, где организовано строительство дюралевых торпедных катеров, а часть — возвращается в Рыбинск. На восстановление отводятся очень короткие сроки, приходится трудится в условиях острой нехватки рабочих рук, станков и материалов. На место ушедших на фронт и отправленных в эвакуацию приходят новые рабочие, не имеющие судостроительных специальностей, в основном женщины и подростки. Стоит задача быстро обучить их профессии. Кадры готовят прямо на рабочих местах, новичков прикрепляют к опытным производственникам. В среднем обучение станочников, сборщиков судов, жестянщиков, медников и сварщиков занимает 2-3 месяца. Женщины берут на себя тяжёлую мужскую работу: вальцовку, резку, штамповку металла. Но специалистов всё равно не хватает.

В 1942 году завод № 341 был переориентирован на организацию выпуска торпедных катеров на базе унифицированного проекта ТМ-200. Эти катера водоизмещением более 40 тонн стали первыми в СССР серийными торпедными катерами дальнего действия в стальном корпусе. Для их производства был построен новый цех и модернизировано спусковое устройство, так как характеристики старого не позволяли спускать катера такого размера. Приёмный акт головного катера ТМ-200 (заводской номер 1373) был подписан 30 сентября 1944 года. Всего в 1944 году были сданы 4 катера проекта ТМ-200, заложено ещё 5. В 1945 году завод построил 12 катеров, а в 1946 году завершил серию из 24 торпедных катеров данного проекта.

Параллельно с постройкой торпедных, завод продолжал строительство катеров других типов. В 1942 году для нужд фронта стали переоборудовать небольшие пограничные катера, они оснащались реактивной установкой типа «Катюша» или 45-милллиметровой артиллерийской установкой и двумя пулемётами. Тогда же заводом освоено серийное производство речных буксирно-моторных катеров БМК-70, предназначенных для наведения мостовых и паромных переправ при форсировании рек. За годы войны Рыбинский катерозавод выпустил более 400 катеров этого проекта.
В общей сложности за годы войны было построено 598 катеров различных типов.

Катера Рыбинского завода №341 воевали на всех флотах, ходили в торпедные атаки на корабли и конвои противника, принимали участие в разведке, охране кораблей на стоянках от налётов авиации, доставляли людей и боеприпасы на огневые позиции. Участвовали в прорыве блокады Ленинграда, в освобождении Петрозаводска, в десантных наступательных операциях Красной Армии на Днепре, Березине, Припяти, Шпрее и Одере.

Начиная с 1943 года над Рыбинском в дневное время стали появляться самолёты-разведчики, а в ночное – участились налёты бомбардировщиков. Их целью были промышленные предприятия и плотина рыбинской ГЭС, которая снабжала электроэнергией Москву. 25 мая 1943 года сирены возвестили об очередной воздушной тревоге. Это была страшная ночь для завода и для города. Сначала немецкие самолёты сбросили множество зажигательных бомб, на территории предприятия и рабочего посёлка возникли пожары. Потом враг начал бомбить завод фугасными бомбами, от разрывов которых погибли начальник цеха Михаил Андреевич Быстров, рабочий Павел Васильевич Кузькин, контрольный мастер Елизавета Михайловна Титова, был ранен директор завода Николай Васильевич Щербина, главный инженер Д.Т. Дудченко и несколько рабочих. Были разрушены почти все производственные цеха, серьёзно пострадали готовые к отправке катера, в рабочем посёлке сгорело 33 барака, много частных домов, сотни катерозаводцев остались без крова.

Но останавливать работу завода было нельзя. В этот же день начали разбирать завалы, расчищать территорию, к работам подключились и жители посёлка. Цеха были восстановлены в рекордные сроки — всего за 4 месяца. При этом выпуск продукции не останавливался ни на день, немного снизились объёмы, но и они достигли прежнего уровня уже к концу 1943 года.

Трудная жизнь и тяжёлая работа не ожесточили людей. Не смотря на все тягости и лишения, они находят возможность лично помочь фронту: сдают деньги и ценные вещи в фонд обороны страны, собирают подарки фронтовикам, сдают кровь для раненых бойцов, устанавливают шефство над расположенным в Рыбинске военным госпиталем №2018, поддерживают семьи товарищей, ушедших на фронт.

Уже с 1944 года завод начинает готовиться к строительству судов для восстановления народного хозяйства.

Рыбинский катерозавод №341 внёс весомый вклад в Победу нашего народа над фашистской Германией.

Всего за годы войны более 700 работников завода приняли участие в боях за Родину.
141 человек погиб. Одному из заводчан, Игорю Петровичу Клинову, посмертно было присвоено звание Героя Советского Союза.
Более 150 бывших фронтовиков вернулись с войны, имея ранения.
1017 орденов и медалей получили катерозаводцы за свои ратные подвиги.