13 сентября 1941 года Федюнинский назначен заместителем командующего Ленинградским фронтом (командующий фронтом Жуков).
Жуков назначает Федюнинского командующим 42 армии на самом опасном участке фронта -Пулковских высотах , где враг вплотную подошел к стенам города .Все попытки противника осуществить прорыв были отбиты.10 октября 1941 года генерал армии Жуков отозван в Ставку Верховного Главнокомандующего. Федюнинский принял командование фронтом, а в конце октября(по личной просьбе) он назначен командующим 54 армии, которая разгромила Волховскую группировку противника и спасла город от сдачи врагу.
27 декабря 1941 года Совинформбюро сообщило:" Части 54 армии генерал-майора Федюнинского (Ленинградский фронт) за период с 19 по 25 декабря 1941 г. разгромила волховскую группировку противника. И.И.Федюнинский участвовал в разработке плана прорыва блокады Ленинграда, на него была возложена персональная ответственность за прорыв блокады Ленинграда на правом крыле Волховского фронта.За эту операцию 20 января 1943 года Федюнинский был награжден Орденом Кутузова 1 степени.
После прорыва блокады Ленинграда Федюнинского назначают заместителем командующего Брянским фронтом. На Ленинградский фронт он вернулся осенью 1943 года ,командующим 2 ударной армии расположенной на Ораниенбаумском плацдарме. Успех операции по снятию блокады Ленинграда закладывался именно на этом плацдарме, Федюнинский сделал все от него зависящее для успешного проведения операции.