28 kwietnia 1939 został mianowany narkomem (komisarzem ludowym) Marynarki Wojennej ZSRR (odpowiednikiem ministra) i głównodowodzącym floty, będąc najmłodszym radzieckim komisarzem ludowym i pierwszym marynarzem na tym stanowisku (dwóch poprzednich: pierwszy oficer polityczny – Piotr Smirnow, drugi oficer NKWD – Michaił Frinowski). Podjął działania w celu wzmocnienia floty, osłabionej czystkami wśród oficerów i podniesienia jej sprawności bojowej, przez organizowanie ćwiczeń i nowych szkół morskich. Podkreśla się, że starał się działać niezależnie od Józefa Stalina. Przy wprowadzeniu systemu nowych stopni wojskowych w czerwcu 1940 otrzymał stopień admirała.
II wojna światowa Po ucieczce z Talina polskiego okrętu podwodnego ORP „Orzeł” osobiście zorganizował wymierzoną przeciw niemu prowokację, wydając rozkaz zatopienia radzieckiego statku „Metallist”, w celu oskarżenia o to dowódcy polskiego okrętu. Dzięki rozkazom Kuzniecowa przewidującego wojnę z Niemcami, wyprzedzającym atak Niemiec na ZSRR, flota wojenna znajdowała się w chwili ataku 22 czerwca 1941 w stanie alarmu, zarządzonym 21 czerwca i początkowo nie poniosła strat. Kuzniecow był członkiem Stawki Najwyższego Naczelnego Dowództwa. 31 maja 1944 mianowany admirałem floty.