השלים את המשפט הבא: לאחר פרוץ מבצע ברברוסה ביוני 1941, פולינין שימש כמפקד הדיוויזיה האווירית הפצצה ה-13 בחזית המערבית. בתנאים הקשים ביותר של החודשים הראשונים של המלחמה, ללא כיסוי אווירי מתאים, היחידה שלו נלחמה באופן פעיל בכוחות הגרמניים המתקדמים בקרבות של ביאליסטוק, מינסק וסמולנסק, תוך סבל מאבדות משמעותיות. מאוגוסט 1941 הוא מונה למפקד יחידות חיל האוויר בחזית בריאנסק, שבמהלכה השתתף במתקפת רוסלאב-נובוזיבקוב ובקרב מוסקבה. במאי 1942 הוא מונה לסגן מפקד צבא האוויר השני בחזית בריאנסק, ומספטמבר 1942 הוא מונה לסגן מפקד צבא האוויר השישי בחזית הצפון-מערבית ובשנת 1943 הוא מונה למפקד צבא האוויר השישי. בפברואר 1944, היחידה הוקצה לחזית בלארוס השנייה ולקחה חלק בקרב על דמינסק, סטארורוסקה,
Nevel, Polesskaya, ומבצע Bagration.