Bardzo szybko stała się jego aktywistką i została wybrana grupową, jednak później tej funkcji ją pozbawiono. W rezultacie, jak później wspominała jej matka, nabawiła się choroby nerwowej. W 1940 zachorowała na zapalenie opon mózgowych i przybywała w sanatorium, gdzie nawiązała znajomość z pisarzem Arkadijem Gajdarem. W tym samym roku, pomimo absencji, ukończyła Szkołę Średnią nr 201 w Moskwie.
Służba wojskowa 31 października 1941 Zoja zgłosiła się jako ochotnik-komsomolec do służby w Armii Czerwonej i została żołnierzem grupy zwiadowczo-dywersyjnej, noszącej oficjalnie nazwę: „Jednostka partyzancka nr 9903 sztabu Frontu Zachodniego”. Po krótkim przeszkoleniu została w listopadzie 1941 przerzucona w rejon Wołokołamska i koło wsi Obuchowo przekroczyła linię frontu (w nocy 6/7 listopada na odcinku 316 Dywizji). W tym samym miesiącu, na podstawie rozkazu Stalina nr 428 o pozbawieniu armii niemieckiej kwater zimowych i niszczeniu w związku z tym wszelkich zabudowań w strefie działań frontowych, oddział Zoi otrzymał zadanie spalenia 10 osad i wsi, w tym wieś Pietriszczewo w okręgu moskiewskim.