К лету 1941 г. Гастелло освоил Ил-4. "Что бы ни ждало нас впереди, говорил он незадолго до войны, - все пройдем и выдержим. Никакой буре нас не сломить, никакой силе не сдержать! Если разразится война, если враг посмеет напасть на нашу священную землю, мы огненной стеной спалим его. Но если будет нужно, за Родину мы отдадим жизнь". 207-й бомбардировочный авиаполк, в котором он служил командиром эскадрильи, базировался в полосе главного удара врага.
В первые три дня войны его эскадрилья совершила пять вылетов. Прорываясь сквозь стену огня зениток и истребителей, экипажи метко сбрасывали бомбы на фашистские танковые колонны, аэродромы. 24 июня на КП полка приняли радиограмму: "Задание и контрольное фотографирование выполнил. Имею два прямых попадания снарядов. Лишился радиоприема, могу только передавать. Правый мотор недодает оборотов. Постараюсь дойти..." И Гастелло дошел. Лишь богатый летный опыт и выдержка позволили ему довести поврежденный самолет до аэродрома.
Он был не только опытным летчиком и командиром, умеющим уничтожать фашистов бомбами, он неплохо владел и стрелковым оружием. За два дня до гибели он продемонстрировал свое умение. Вражеский самолет выскочил из-за леса и обстрелял наш аэродром. Гастелло, находясь около бомбардировщика, вскочил в кабину радиста и дал пулеметную очередь по врагу. Машина загорелась и совершила посадку в поле, экипаж был задержан. Это были опытные летчики дальнего разведчика. Командир экипажа - участник боев в Испании и Франции, имел два ордена. В его портфеле находились новейшие летные карты с обстановкой вплоть до Урала.
На пятый день войны, 26 июня, авиаполк получил задание нанести удар по танковой колонне, двигавшейся по дороге Молодечно - Радошковичи. Первым вышло на цель звено Гастелло в тот момент, когда колонна после ночного перехода остановилась на заправку. Несмотря на яростный огонь с земли, экипажи сбросили несколько бомб. Разбегавшихся гитлеровцев расстреливали из пулеметов.
Авиаторы совершили второй заход. Снова бомбы достигли цели. Но в самолет Гастелло угодило два снаряда. Соседние экипажи старшего лейтенанта Н. Воробьева и лейтенанта П. Рыбова находились рядом и видели, какие усилия предпринимал их командир для спасения экипажа. Огонь быстро распространялся по самолету. Попытки летчика сбить пламя оказались безуспешными. Языки огня прорвались в кабину. Продолжать полет стало невозможно. Экипаж мог выброситься с парашютом, но это означало плен. Мужественные воздушные бойцы приняли другое решение. Они предпочли умереть в бою, но не сдаться врагу. Гастелло повел самолет в последнюю атаку. Подобно раскаленной комете, оставляя за собой длинный хвост пламени, стремительно несся к земле краснозвездный бомбардировщик. Управляемый твердой рукой патриота, он вошел в пикирование и с работающими двигателями врезался в скопление вражеской техники. Раздался громовой взрыв. Горели и взрывались танки, бензоцистерны, автомашины. Враг дорого заплатил за жизнь героического экипажа.
Героическую судьбу Н. Ф. Гастелло разделили его боевые друзья комсомольцы - штурман лейтенант А. А. Бурденюк, помощник штурмана лейтенант Г. Н. Скоробогатый и воздушный стрелок младший сержант А. А. Калинин. Это был сработанный, дружный многонациональный экипаж: командир - белорус, штурман - русский, помощник штурмана - украинец, стрелок - ненец. Все они в совершенстве владели своей специальностью. Свою жизнь, до последнего дыхания, они отдали Родине и, даже умирая, разили врага.
Подвиг экипажа Гастелло служил в годы войны для миллионов воинов примером мужества и отваги, звал их на героические дела. Имя Гастелло стало символом бесстрашия, храбрости, незнания страха в боях, готовности сражаться с врагом до полной победы, презирая смерть.
Прославленный летчик дважды Герой Советского Союза А. И. Молодчий в июле 1941 г. сделал такую запись: "Если мне суждено пасть в боях за Родину, я хотел бы встретить смертный час, как капитан Гастелло". Один из друзей легендарного летчика, Герой Советского Союза Ф. Н. Орлов, в те дни проникновенно написал: "Я держу штурвал, который передал мне из рук в руки капитан Гастелло. От летчика Гастелло не осталось на земле и пепла. Огнем своей яростной смерти он сжег скопище врагов и сам сгорел, разжигая огонь, которому светить в веках, греметь в торжественных песнях и сиять в детских сердцах..."
