Escriu una continuació per a aquest paràgraf - Després de l'esclat de l'Operació Barbarossa al juny de 1941, Polynin va servir com a comandant de la 13a Divisió d'Aviació de Bombarders al Front Occidental. En les condicions més difícils dels primers mesos de la guerra, sense una cobertura aèria adequada, la seva unitat va lluitar activament contra les forces alemanyes que avançaven en les batalles de Białystok-Minsk i Smolensk, mentre patia pèrdues significatives. A partir d'agost de 1941, va ser nomenat com a comandant de les unitats de la Força Aèria al Front de Bryansk, durant el qual va participar en l'Ofensiva de Roslavl<unk>Novozybkov i en la Batalla de Moscou. El maig de 1942, va ser nomenat com a Comandant Adjunt del 2n Exèrcit Aeri al Front de Bryansk, i des de setembre de 1942, va ser assignat com a Comandant Adjunt del 6n Exèrcit Aeri del Front Nord-oest i el 1943, va ser nomenat com a comandant del 6n Exèrcit Aeri. El febrer de 1944, la unitat va ser assignada al 2n Front Bielorús i va participar en les batalles de Demyansk, Starorusskaya, Nevel
, Polesskaya, i l'Operació Bagration.