W dniu 16 lipca 1941 roku został dowódcą 32 Armii wchodzącej w skład Frontu Armii Rezerwowych, a następnie Możajskiej Linii Obrony. W dniu 23 sierpnia 1941 roku został dowódcą 52 Armii, która jako samodzielna armia broniła prawego brzegu rzeki Wołchow, a następnie wzięła udział w operacji tichwińskiej.
W styczniu 1942 roku został dowódcą 2 Armii Uderzeniowej, która wzięła udział w ofensywie lubańskiej. Armia po przełamaniu linii frontu, weszła na tyły wojsk niemieckich, gdzie jednak została otoczona. W związku z tym w kwietniu 1942 roku został on odwołany ze stanowiska, a jego miejsce zajął gen. A. Własow, który jednak nie zdołał wyprowadzić armii z okrążenia i sam dostał się do niewoli. W związku z tym w czerwcu 1942 roku odtworzono 2 Armię Uderzeniową, a jej dowódca ponownie został N. Kłykow. Ta odtworzona armia wzięła udział w kolejnej próbie odblokowania Leningradu w operacji siniawińskiej, która i tym razem zakończyła się klęską.