En marzo de 1918, ingresó voluntariamente al Ejército Rojo.

En 1919, se unió al Partido Comunista de la Unión Soviética.

Cuando recuperó la conciencia, descubrió que las tropas polacas habían capturado la aldea.

El herido Vóronov intentó escapar a caballo, pero fue capturado por el ejército polaco.

Como recompensa, se le concedió permiso para realizar el examen de ingreso a la Academia Militar Frunze.

En 1935, sirvió en la misión militar soviética a Italia por segunda vez y fue ascendido a Kombrig (general de brigada) el 11 de noviembre.

Por sus acciones durante la batalla, recibió una segunda Orden de la Bandera Roja.

Resultó gravemente herido en un accidente automovilístico y dijo que le salvó la vida gracias a una pluma de plata que le dio Dolores Ibárruri en España.

[18]​ Durante la guerra, dirigió unidades de artillería, principalmente las del 7.º Ejército, y luchó en la ofensiva contra la Línea Mannerheim.

Vóronov fue designado para este puesto, subordinado a Grigori Kulik.

Después de regresar a Moscú, Vóronov, junto con Leonid Góvorov, desarrolló instrucciones detalladas sobre tácticas antitanques,[21]​ que pronto se enviaron a las tropas como una directiva de Stavka.

[22]​ Gracias a sus esfuerzos, el GRAU se subordinó al Jefe de Artillería.

También instaló un cuartel general de artillería, dirigido por Iván Susloparov.

En julio de 1942, durante la operación Azul, fue enviado a la zona de Stalingrado para ayudar al 62.º Ejército y al 64.º Ejército, que en esos momentos se retiraban del avance del ejército alemán hacia la ciudad de Stalingrado.

Vóronov comenzó a planificar el bombardeo de artillería en la Operación Urano.

[29]​ A finales de noviembre, Vóronov, Aleksandr Vasilevski y Aleksandr Nóvikov visitaron el área de la Operación Pequeño Saturno.

[32]​ El 31 de enero, Friedrich Paulus se rindió a las tropas soviéticas y Vóronov lo interrogó personalmente.

Los cañones de asalto pesado, como el ISU-122 y ISU-152, eran armas de tiro directo utilizados, principalmente, contra los tanques enemigos o contra búnkeres y posiciones fuertes, por lo tanto no estaban concebidos para el cometido tradicional de la artillería.

El ubicuo cañón de asalto SU-76 se utilizaba como apoyo directo a la infantería, aunque podía emplearse para tiro indirecto.

[34]​ En 1963, publicó sus memorias, tituladas «Al servicio de las Fuerzas Armadas» (en ruso: На службе военной).

Nikolái Nikolayevich Vóronov es autor de varios libros y artículos sobre su experiencia en la Segunda Guerra Mundial A lo largo de su carrera militar Nikolái Vóronov recibió las siguientes condecoraciones:[3]​