Участник Великой Отечественной войны с августа 1941 года. Воевал на Западном, 1-м и 4-м Украинских фронтах. С первых дней войны лётчик бомбардировочной авиации – участвует в боевых схватках с фашистами, в первый свой вылет он бомбит танковые части фашистов под Бобруйском. Пахотищев стал одним из первых вылетать ночью на боевые задания, несколько успешных боевых вылетов совершает на самолёте АНТ-40. В сентябре 1941 года в составе авиационного полка особого назначения на самолёте Р-5, вновь бомбит танки. Три боевых вылета он совершил ночью, и это определило его дальнейшую судьбу, как штурмана – ночника. В ноябре 1941 года был направлен в полк ночных бомбардировщиков, сформированный в городе Балашове. Лучшие экипажи получили разрешение досрочно ехать на фронт. И первым отправился экипаж, где был штурманом лейтенант Н. Д. Пахотищев.
В марте 1942 года в составе 618-го ночного авиаполка он начал боевую деятельность под Москвой. Особенно много вылетов совершил штурмовик по доставке грузов партизанам.
За успехи в боевой работе Пахотищев был выдвинут на должность штурмана эскадрильи.
9 мая 1942 года ночью нужно было доставить груз партизанам в район юго-западнее Вязьмы. По сигналу загруженные самолёты быстро взлетели и скрылись в ночной мгле, взяв курс на запад. За линией фронта самолёты встретила густая облачность с сильной болтанкой. Видя, что пробиться не удастся, экипажи легли на обратный курс. Только Н. Д. Пахотищев упрямо шёл вперёд, штурману помогал опыт вождения по приборам. Достигнув цели, стал снижаться, увидев огни, самолет сбросил груз по сигналу, дал прощальную ракету и скрылся в ночной темноте. Командование благодарило экипаж, доставивший груз партизанам. С этого дня за лётчиком и его боевыми товарищами закрепилась слава лучших лётчиков-ночников.
В июне 1942 года попадает в 1-й ночной бомбардировочный
авиаполк 213-й авиадивизии, которым командовал известный полярный лётчик генерал В.
Молоков. За один только месяц Н.Д.Пахотищев совершил 19 успешных боевых вылетов ночью на уничтожение живой силы и техники врага западнее Москвы. Ему, как одному из лучших штурманов,
было поручено ночное фотографирование в боевых условиях. Большая изобретательность и сообразительность потребовалась от штурмана. По расчётам конструктора снимок должен был получиться при взрыве
фотаб (специальные бомбы) на половине высоты полёта. Однажды экипаж вылетел на фотографирование с высоты полутора тысяч метров. Замедлитель трубки взрыва штурман поставил на семьсот пятьдесят метров, но плохая видимость и облачность прижали самолёт к земле. Показалась цель. Производя боковую наводку, штурман сбросил бомбы, он уже не надеялся привести с собой снимок, высота была всего триста метров, но оказалось, что снимок удался. Пахотищев заново провёл все расчёты на ночных фотографиях и проверил их на полигоне. С той поры все лётчики полка, а затем и других соединений, стали фотографировать с малых высот.
По поручению командующего 1-й воздушной армией – штурман Н.Д. Пахотищев в ночь на 5 октября 1942 года произвёл разведку с ночным фотографированием аэродрома , где фашисты сосредоточили много самолётов для удара по Москве. Днём подобраться к аэродрому было невозможно, нелегко оказалось выполнить и ночью. Аэродром был прикрыт сильным огнём зенитной артиллерии и прожекторами. Всё же штурман сделал над аэродромом пять заходов и сфотографировал его. Ценные снимки доставил он на землю. Кроме того, прямым попаданием бомб успел поджечь 2 самолёта.
Сибиряк завоевал славу лучшего штурмана.
Некоторые выписки из журнала боевых дел лётчика-героя:
17 июля 1944 года – бомбил железнодорожный узел Львова, вызвал большой взрыв с последующим пожаром
7и 8 октября 1944 года – водил группу на бомбёжку станции Чоп. Несмотря на сложные погодные условия и большое противодействие огня зениток, сделал два захода на цель, прямым попаданием бомб в эшелоны и станционные склады вызвал пожары и взрывы, разбил 10 паровозов и до 140 вагонов с военной техникой и боеприпасами.
15 января 1945 года, при прорыве обороны противника в направлении станции Ясло вызвал несколько пожаров.
Лётчик чётко и успешно выполнял задания по бомбардировке переднего края противника. Когда станции наведения перенацеливали самолёты, он быстро производил перерасчёты и точно поражал вновь указанную цель. За это штурман неоднократно получал благодарности, как от своего авиационного командования, так и от командования наземных войск.
Последний свой бомбовый удар Н.Д.Пахотищев нанёс 8 мая 1945 года. За все годы боёв с фашистскими захватчиками он совершил 280 боевых вылетов.
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 29 июня 1945 года за образцовое выполнение боевых заданий командования по уничтожению живой силы и техники противника и проявленные при этом мужество и героизм гвардии капитану Николаю Дмитриевичу Пахотищеву присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали ”Золотая звезда”.