В годы Великой Отечественной войны Юго-Восточная дорога была фронтовой магистралью. Многие станции оказались на оккупированной территории, а другие — на линии огня. Железнодорожники сыграли большую роль в обеспечении всем необходимым Сталинградского фронта (Сталинградское отделение входило в состав ЮВЖД). Медалью «За оборону Сталинграда» были награждены локомотивщики депо Поворино, Лиски, Балашов. А в боях за крепость на Волге участвовали более 300 работников магистрали.

В Курской битве принимали участие около 1000 железнодорожников Юго-Восточной магистрали, в Берлинской операции — около 400.

На территории локомотивного депо Воронеж-Курский летом 1942 года во время жестокой бомбежки на своих служебных постах погибли начальник депо Михаил Гаврилович Дьячук и токарь Иван Семенович Чеботарев.