2 июля новым командующим фронта был назначен нарком обороны СССР маршал А. И. Тимошенко, его сменяли генерал-лейтенант А. И. Еременко, генерал-полковник И. С. Конев, генерал армии Г. К. Жуков. Это был самый ответственный фронт, так как неприятельская группа армий «Центр» была нацелена на взятие Москвы. После тяжелого поражения дивизий РККА в Смоленском сражении для противника открывалась прямая дорога к советской столице. Спас город Третий Стратегический эшелон фронта Резервных армий. 24 июля Западный фронт разделили, сформировав Центральный и Брянский фронты. Однако 30 июля 1941 года вновь появился Западный фронт под командованием сначала А. И. Тимошенко, а потом И. С. Конева и, наконец, Г. К. Жукова. Под командованием последнего войска ЗФ в январе 1942 года перешли в решительное наступление. Немца отбросили от Москвы на 100–200 километров.
В непрекращающихся боях погибли сотни тысяч солдат и командиров РККА. Черное крыло смерти не обошло и военных контрразведчиков. Н. А. Королеву приходилось мотаться по частям и соединениям, выполняя оперативные поручения своего руководства и командования. Армейским чекистам теперь нужно было действовать в боевой обстановке, перестраиваясь, как говорится, на ходу. Опыт набирался под огнем невиданной доселе войны. По данным германских источников, в ходе боев с 9 июля по 16 ноября 1941 года советские войска потеряли пленными 2 млн 465 тыс. человек. Этот контингент спецслужбы активно использовали в подрывной деятельности против Красной армии. Армейские чекисты, несмотря на участие с оружием в руках в боевых порядках войск, продолжали заниматься своей рутинной работой – разработкой агентуры противника. Появились успехи – подразделениями Особого отдела ЗФ были разоблачены сотни агентов абвера и других спецслужб фашистской Германии, массово забрасываемых в тыл Красной армии. А обстановка была сложная. Так, в одной из телефонограмм Особого отдела ЗФ о прорыве противника в районе Бородино от 15 октября 1941 года говорилось:
«Противник овладел Бородино. Прорвал линию укреплений и в настоящее время находится в 5 км за Бородино в сторону Можайска. Противник располагает силами до 40 танков и мотопехотой.
Противник занял Боровское, имея до 50 танков и мотопехоту, обходит Можайский и Наро-Фоминский укрепленные районы. Авиация противника действует активно, сбрасывая большое количество бомб в места скопления наших войск и транспорта.
Получено указание из Можайска сняться, переменить командный пункт и расположиться в районе Одинцово».
В январе 1942 года Королева назначают руководить Особым отделом НКВД СССР Северо-Западного фронта (СЗФ). Это было время проведения Демянской операции, которая позволила к концу февраля 1942 года разъединить Старорусскую и Демянскую группировки противника, а шесть дивизий в районе Демянска были окружены. Однако вскоре немецкое командование восстановило связь со своими войсками и сумело вывести их из котла.
В докладной записке Особого отдела НКВД Северо-Западного фронта «О недочетах в боевых действиях 1-й Ударной армии», адресованной своему непосредственному руководителю комиссару ГБ 3-го ранга В. С. Абакумову, начальник ОО НКВД СЗФ старший майор ГБ Н. А. Королев 3 марта 1942 года сообщал:
Далее в докладной записке перечислялись восемь пунктов с конкретикой неустраненных недостатков. Анализ их был построен на материалах, полученных от компетентных помощников. Но эти недостатки фиксировались не холодным безразличным взглядом стороннего наблюдателя, а коллективом военных контрразведчиков, искренне болеющих за повышение боеготовности армии с целью сокращения боевых потерь при столкновениях с противником из-за разгильдяйства отдельных командиров.
В конце начальник Особого отдела НКВД старший майор ГБ Н. А. Королев внес на рассмотрение Военного совета следующие вопросы: