Od czerwca 1941 był szefem zarządu inżynieryjnego, a następnie szefem wojsk inżynieryjnych Frontu Zachodniego. Jednocześnie od grudnia 1941 dowodził 1 Armią Saperską. W 1941 kierował budową umocnień obronnych pod Moskwą. Od kwietnia 1942 był zastępcą ludowego komisarza obrony (ministra) – szefem Wojsk Inżynieryjnych RChACz. Kierował budową zapór inżynieryjnych pod Stalingradem, na Froncie Leningradzkim i Wołchowskim oraz na łuku kurskim. 29 marca 1943 został awansowany na stopień generała porucznika wojsk inżynieryjnych, a 16 września 1943 na stopień generała pułkownika wojsk inżynieryjnych. 21 lutego 1944 został mianowany marszałkiem wojsk inżynieryjnychУказ Президиума Верховного Совета СССР «О присвоении генерал-полковнику инженерных войск связи Воробьёву М. П. военного звания маршала инженерных войск» от 21 февраля 1944 года // Ведомости Верховного Совета Союза Советских Социалистических Республик : газета. — 1944. — 29 февраля (№ 12 (272)). — С. 1. Funkcję szefa Wojsk Inżynieryjnych pełnił do kwietnia 1946.