Дальнейшее развитие советской А. связано с Великой Отечественной войной 1941—45, в ходе которой А. наряду с пехотой и танками являлась одним из основных родов сухопутных войск, была их главной огневой ударной силой и своими боевыми делами по праву заслужила название «бог войны». В зависимости от складывающейся на фронте обстановки, задач, стоявших перед Советской Армией, и материальных возможностей страны изменялись организационное построение А. и способы её боевого применения. Уже в первые месяцы войны, несмотря на тяжёлые потери в людях, материальной части и боеприпасах, А. наносила врагу значительные удары и являлась наиболее эффективным средством борьбы с его танками. За время войны количество орудий и миномётов выросло более чем в 5 раз: социалистическая промышленность выпустила более 500 тыс. орудий и миномётов. Особенно быстрыми темпами развивались реактивная, зенитная, противотанковая, самоходная А. и миномёты. Количественный рост советской А. сопровождался существенным улучшением её боевых качеств. В ходе войны были созданы и приняты на вооружение новые более эффективные 45-, 57-, 76- и 100-мм пушки, 152-мм гаубицы и 160-мм миномёты, разработаны и поступили в войска новые реактивные установки с более мощной миной, лучшей кучностью и дальностью стрельбы. Были созданы мощные самоходно-артиллерийские установки, значительно увеличилась мощь артиллерийского вооружения, танков и самолётов. Количественный и качественный рост А. обеспечивал возможность непрерывного наращивания силы и мощи артиллерийского огня. Если в обороне на главных направлениях в операциях 1941—1942 создавалась плотность А. на 1 км фронта не более 5—10 орудий и миномётов, то в оборонительной операции под Курском летом 1943 и в Балатонской оборонительной операции 1945 она достигала от 25—30 до 100 орудий и миномётов. На участках прорыва в контрнаступлении под Москвой плотность А. на 1 км фронта редко превышала 30—40 орудий и миномётов, в контрнаступлении под Сталинградом она составляла 80—100 орудий и миномётов, а в контрнаступлении под Курском, в Белорусской, Львовско-Сандомирской, Висло-Одерской, Восточно-Прусской, Берлинской и др. операциях 1943—45 она достигала 200—300 и более орудий и миномётов. Решительное массирование А. на главных направлениях потребовало изыскания новых методов её боевого применения в бою и операции. В этом отношении большое значение имели разработка и введение артиллерийского наступления, которое дало возможность решить важнейшую задачу непрерывного артиллерийского обеспечения прорыва сильной обороны противника на всю её глубину. Сосредоточение больших масс А. на гл. направлениях, создание высокой её плотности на участках прорыва достигались за счёт широкого оперативного и тактического маневра А. и в первую очередь А. РВГК. В важнейших операциях при осуществлении маневра А. из резерва Ставки во фронты и между фронтами вовлекалось от 150 до 500 артиллерийских полков. Трудность управления маневром такого количества полков обусловила необходимость создания в конце 1942 артиллерийских бригад и дивизий, а весной 1943 ещё более мощных артиллерийских дивизий и корпусов прорыва. А. РВГК за войну выросла в 9 раз, в её состав к концу войны входило почти 50% всей А. сухопутных войск. При этом большая её часть к концу войны организационно входила в состав крупных артиллерийских соединений — артиллерийских бригад, артиллерийских дивизий и артиллерийских корпусов. В результате этих мероприятий артиллерия РВГК приобрела значение важного оперативного фактора во всех проводимых операциях.
В целом советская А. сыграла большую роль в достижении победы в Великой Отечественной войне, она доказала на деле своё превосходство над А. врага как по своим боевым возможностям, так и по искусству её применения в бою и операции. Большая огневая мощь А., высокое искусство управления массированным артиллерийским огнем особенно ярко проявились в битвах под Москвой, Сталинградом, Курском, в операциях на Правобережной Украине, в Белоруссии, Прибалтике, Ясско-Кишинёвской, Висло-Одерской и Берлинской операциях. Если в операциях 1941—42 участвовало 7—12 тыс. орудий и миномётов, то в 1943—45 — до 20—35 тыс., а в заключительной Берлинской операции участвовало св. 45 тыс. орудий, миномётов и реактивных установок. Успешные действия А. в Великой Отечественной войне связаны с именами таких крупных артиллерийских военачальников как Н. Н. Воронов, М. П. Дмитриев, С. А. Краснопевцев, В. И. Казаков, М. И. Неделин, Г. Ф. Одинцов, Ф. А. Самсонов, А. К. Сокольский, Н. М. Хлебников, М. Н. Чистяков, Н. Д. Яковлев и мн. др. В ходе войны советская А. накопила огромный боевой опыт, который во многом не утратил своего значения и в настоящее время. Заслуги советской А. в Великой Отечественной войне были высоко оценены советским народом: более 1800 артиллеристам присвоено звание Героя Советского Союза, 1200 тыс. награждены орденами и медалями, 515 артиллерийских частей и соединений были преобразованы в гвардейские.