Внутренние и внешние коммуникации на архангельском Севере защищала вновь созданная Беломорская военная флотилия, входившая в состав Северного флота. Уже 2 августа 1941 года адмирал Кузнецов подписал приказ о формировании Беломорской военной флотилии (БВФ) с главной базой в Архангельске. Ее командующим стал контр-адмирал М. М. Долинин. Местные власти предоставили для штаба БВФ помещения в центре города на берегу Северной Двины. В Гостином дворе разместились редакция и типография флотской газеты «Северная вахта». Части и склады тыла получили более 28 тысяч квадратных метров жилого и служебного фонда.
Флотилии передали бригаду траления, дополнительно мобилизовали суда гражданских ведомств, создали еще одну военно-морскую базу, усилили береговую и зенитную артиллерию, особенно в Горле Белого моря и в новозе-мельских проливах. Морские перевозки во время арктической навигации охраняли Северный отряд (отряд Карского моря) под командованием капитана 2-го ранга Н. П. Аннина (его Николай Кузнецов знал еще со времен войны в Испании как одного из моряков-добровольцев) и 2-я авиагруппа Севморпути, которой командовал Герой Советского Союза полковник И. П. Мазурук, а также четыре береговые батареи.
В сентябре 1941 года в состав Северного флота были зачислены подводные лодки К-3, К-21, К-22, К-23, С-101, С-102, Л-20, Л-22, прибывшие из Ленинграда. После прохождения курса боевой подготовки они вошли в состав бригады подводных лодок. Еще ранее в августе по железной дороге были перевезены из Ленинграда пять торпедных катеров.
К сожалению, в тот год положение на Ленинградском фронте не позволило Наркомату ВМФ и дальше усилить Северный флот за счет кораблей с Балтики, поэтому было решено направить на Север шесть подводных лодок с Тихоокеанского флота. Нашим подводникам предстояло скрытно пересечь Тихий океан, где хозяйничали японские военные корабли, спуститься к экватору, пройти Панамским каналом в Атлантику, миновать районы активных действий немецких подводных лодок, подняться выше Северного полярного круга и оттуда следовать в базы Северного флота. 25 сентября 1942 года вышли в дальний путь подводные лодки «Л-15» (командир — капитан-лейтенант В. И. Комаров) и «Л-16» (командир — капитан-лейтенант Д. Ф. Гусаров). Вслед за ними отошли от дальневосточных причалов еще четыре подводные лодки. Командовал отрядом Герой Советского Союза капитан 1-го ранга Трипольский, который хорошо проявил себя в финской войне, будучи командиром подводной лодки.
11 октября 1942 года, когда до Сан-Франциско оставалось 820 миль, был торпедирован и погиб подводный корабль «Л-16». По одной версии, к гибели советской подводной лодки были причастны японцы, а по другой — американская субмарина.
16 августа 1942 года из Горького с завода № 112 в состав Северного флота были перевезены пять подводных лодок типа «М» серии 301, 302, 303, 304 и 305 в Молотовск железнодорожным путем. До декабря 1942 года в Молотовске осуществлялись их достройка и передача в состав Северного флота.
В целях усиления Северного флота была проведена уникальная операция по переводу с Каспийского в Белое море пяти подводных лодок: «С-14», «С-15», «С-103», «С-104», «М-201». Перевод лодок из Баку до Горького проходил своим ходом, а дальше от Горького до Архангельска — на плавдоках по рекам Волге, Шексне и Северо-Двинской водной системе.
В ноябре 1942 года нарком ВМФ Н. Г. Кузнецов направил в советскую военно-морскую миссию в Англии радиограмму, в которой просил выяснить, смогут ли союзники сменить на советских подводных лодках аккумуляторные батареи и установить новые радиолокационные и гидроакустические станции. По распоряжению наркома адмирал Н. М. Харламов связался с английским адмиралтейством и получил положительный ответ. Вскоре новыми станциями были оборудованы две тихоокеанские подводные лодки — «С-54» и «Л-15»; еще четыре установки были отправлены с очередным конвоем в Полярное, где их ждали советские субмарины. На подводных лодках «С-56» и «С-55» был проведен основательный доковый ремонт. Адмирал Н. Г. Кузнецов одобрил действия военно-морской миссии в Англии.
24 января 1943 года в Полярное пришла первая подводная лодка, которой командовал капитан 3-го ранга И. Ф. Кучеренко. Остальные подводные корабли прибыли на Северный флот в марте — июне 1943 года. Как отмечал нарком ВМФ Н. Г. Кузнецов, «это был первый за всю историю советского подводного флота столь длительный переход». Каждая из субмарин пробыла в море 2200 часов и оставила за кормой 17 тысяч миль. К сказанному следует добавить, что подводная лодка «С-56» за участие в боевых действиях на Северном флоте была удостоена звания гвардейской и награждена орденом Красного Знамени. «С-51» также стала краснознаменной, а командиры этих подлодок Г. И. Щедрин и И. Ф. Кучеренко были удостоены высокого звания Героя Советского Союза.