В числе наиболее способных выпускников аэроклуба Н. Н. Харитонов был направлен в летное училище им. Чкалова города Таганрога.
В апреле 1941 года пилот получил назначение в 204-ый авиаполк. Началась напряженная учеба летному мастерству, которое вскоре пригодилось в жестоких схватках с врагом. С первых дней войны Харитонов неоднократно вылетает на бомбардировку вражеских объектов.
В сентябре 1941 года командование направляет Харитонова на учебу в Рязанскую Высшую Офицерскую школу. В июне 1942 года он снова на фронте.
В одном из боевых вылетов на город Ростов самолет Н. Н. Харитонова первым вышел на цель — железнодорожную станцию, которая была забита вражескими эшелонами с боевой техникой и горючим.
После меткого бомбового удара Харитонова станция была надолго выведена из строя. За 100 километров просматривалось зарево пожара.
Летом 1943 года в районе Орла самолет Харитонова был атакован и подожжен истребителем противника. Экипаж покинул пылающую машину и приземлился на немецкой территории. 16 дней с помощью местных жителей летчики скрывались от врага, а затем сумели перейти линию фронта и вернулись в свою часть. 7 апреля 1944 года старший лейтенант Харитонов получил задание разведать и блокировать вражеские аэродромы в Финляндии. В условиях плохой видимости приходилось снижаться до 150 метров. На следующий день самолет Харитонова попадает под огонь 5 орудий и пулеметов противника. Однако опытный пилот сумел вывести машину из-под обстрела и выполнил боевое задание. Ценные сведения были доставлены командованию. Во время полетов удалось обстрелять несколько эшелонов и автомашины врага. 290 боевых вылетов совершил за время войны летчик Харитонов. Он сражался за Варшаву, Бухарест. Кенигсберг, Берлин.
За высокое летное мастерство, умелое выполнение боевых заданий и проявленный при этом героизм командование наградило И. Н. Харитонова двумя орденами Ленина, двумя орденами Красного Знамени, орденами Красной Звезды. Александра Невского, Отечественной войны 1-ой степени. Знак Почета и многими медалями. 19 апреля 1944 года Николаю Николаевичу Харитонову присвоено звание Героя Советского Союза.
После окончания войны летчик Харитонов продолжает служить в рядах Советской Армии, получает звание пилота 1 класса, передает богатый опыт молодежи.
Николай Николаевич поддерживал тесные связи со своими земляками, часто приезжал отдыхать на родину, в деревню Голодское. В школе села Корекозево бережно хранится костюм для высотных полетов, подаренный героем.