С июня 1941 года «Станкомаш» перешел на военные рельсы. Челябинск разместил на своей территории более 60 эвакуированных заводов, «Станкомаш» – 23 завода из Москвы, Ленинграда (Ижорский завод), Сталинграда (завод «Баррикады»), Харькова, Донецка, Мариуполя. На Южный Урал были эвакуированы пять промышленных наркоматов (министерств), в том числе Наркомат танковой промышленности во главе с В.А. Малышевым и Наркомат боеприпасов.
Всего на «Станкомаш» прибыло более десяти тысяч человек: заводские коллективы, бригады, семьи из прифронтовых зон, блокадного Ленинграда, рабочие из республик Средней Азии, Молдавии, Прибалтики.
На производстве по указу Президиума Верховного Совета отменили отпуска. К станкам встали женщины, дети и старики.
Для удобства управления производством «Станкомаш» был поделен: завод № 200 занимался производством бронекорпусов и башен тяжелых танков, завод №78 – снарядным. В январе 1942 года была создана специальная комиссия по разделению завода, которая провела инвентаризацию заводского имущества и затем в сжатые сроки перераспределила его согласно технологическим процессам.
Уже в июле 1941 года была выплавлена сталь для производства брони, а в августе изготовлен первый комплект корпуса и башни танка КВ для ЧТЗ. Нарком танковой промышленности В. А. Малышев принял решение прекратить производство станков, чтобы освободить площади под бронекорпусное производство.
В первый тяжелый год войны на заводе создали цех по ремонту бронезащиты, ходовой части, вооружения, электрооборудования танков КВ, прибывших с фронта. В цехах главного корпуса наладили массовое производство боеприпасов различного назначения (реактивные снаряды для «Катюши», бронебойные, фугасные и другие).
Завод наладил серийный выпуск направляющих для реактивных минометов «Катюша». В декабре 1942 «Станкомаш» начал выпускать литые башни для тяжелого танка.
В мае 1943 года заводчане проводили на фронт танкистов Уральского добровольческого танкового корпуса. В нем было множество добровольцев с завода. А всего на фронтах Великой Отечественной войны принимали участие 3085 рабочих завода.
В октябре 1944 года на заводе родилось знаменитое Агарковское движение. Бригадир электросварщиков Егор Прокопьевич Агарков, работая на участке сварки башен цеха № 3, предложил объединить отдельные участки сборки, сварки и сдачи башен в единый, что позволило организовать высокопроизводительный труд рабочих, мастеров, бригадиров. Всего по заводу в результате движения было высвобождено 280 инженерно-технических работников и рабочих. Движение было распространено на всю страну.
В 1944 году завод выпустил 2,35 млн корпусов артиллерийских боеприпасов среднего и крупного калибров.
За большой вклад в дело Победы в Великой Отечественной войне завод награжден орденом Трудового Красного Знамени.