Николай Ильич написал письма И. В. Сталину и К. Е. Ворошилову, в которых убедительно доказывал необходимость восстановления Всевобуча и предлагал свои услуги по его организации. Председатель Государственного Комитета Обороны поручил первому секретарю ЦК ВЛКСМ Н. А. Михайлову совместно с Н. И. Подвойским провести предварительную работу по организации всеобщего военного обучения населения. После трехчасового совещания с секретарями ЦК ВЛКСМ Николай Ильич получил задание разработать план развертывания Всевобуча.
Двое суток Н. И. Подвойский почти не вставал из-за стола. Такого подъема, такой работоспособности он не ощущал давно. Используя свой богатый опыт, архивы по Всевобучу, он разработал не только план работы, но и схему организации Всевобуча и программу военной подготовки.
Вскоре ГКО принял постановление «О всеобщем обязательном обучении военному делу граждан СССР». К военному обучению привлекались граждане от 16 до 50 лет. В составе Народного комиссариата обороны было создано Управление Всевобуча. Комиссаром управления стал секретарь ЦК ВЛКСМ Ф. Наседкин, а позже — секретарь МК и МГК ВЛКСМ А. Пегов. ЦК ВКП(б) потребовал от партийных организаций и местных советских и военных органов в кратчайший срок организовать Всевобуч, создать материальную базу для него, выделить квалифицированные кадры. ЦК ВЛКСМ выдвинул лозунг: «Комсомол должен стать душой Всевобуча!» Призыв нашел горячий отклик у молодежи.
Окрыленный Н. И. Подвойский день за днем объезжал военкоматы, заводы, фабрики и помогал создавать учебные пункты, налаживать их работу. Во второй половине сентября только в Москве и Московской области было организовано почти 600 военно-учебных пунктов Всевобуча, подобрано для них около 12 тысяч командиров и политработников. Если за годы гражданской войны через Всевобуч прошло около 5 миллионов человек, то в Великую Отечественную войну органами Всевобуча было проведено семь очередей вневойсковой военной подготовки, в результате которой военные знания получили 9 миллионов 862 тысячи человек. Это была большая помощь Действующей армии.
Николай Ильич ежедневно выступал в красноармейских частях, военкоматах, на сборных пунктах, перед отправляющимися на фронт эшелонами, на заводах. В своих выступлениях он старался установить живую, осязаемую связь между историческими событиями 1917 года, недавнего революционного прошлого и нынешней грозовой годиной. Очень дорого было слушателям его мудрое, задушевное слово, он призывал к самоотверженности и подвигу.
С началом строительства оборонительных сооружений на подступах к Москве И. И. Подвойский так же на общественных началах стал организатором оборонных работ, порученных трудящимся Краснопресненского района, комбината «Трехгорная мануфактура».