Служил в составе 9 отдельного авиаполка ГВФ (гражданского воздушного флота). 

С марта 1943г. сержант Орлов в составе 50 отдельного разведывательного авиационного Краснознаменного полка 2 воздушной армии.

16 августа экипаж самолета Пе-2 летчика Орлова (летнаб Рыжов Петр Николаевич) вел разведку от Опошня до Полтавы. В Полтаве обнаружено скопление до 200 автомашин, на станции- 7 составов.

18 августа разведал дорогу Зеньков- Опошня и станцию Миргород.

22 августа разведку Опошня  и дороги Миргород- Зеньков.

24 августа- Ворожба и дороги Терны- Белополье.

К концу сентября 1943г. младший лейтенант Орлов произвел 30 успешный боевой вылет на разведку.

Был представлен к ордену Отечественной войны II степени, приказом от 27 октября 1943г. был награжден орденом Отечественной войны I степени.

05 октября экипаж обнаружил на аэропорту Смела до 50 истребителей и колонну автомашин от Тараца до Лисянка.

11 октября- до 200 автомашин на дороге Киев- Житомир, на аэродроме Житомир до 40 самолетов.

13 октября- колонна автомашин в г.Белая Церковь, на аэродроме Узин 10 истребителей. Вторым вылетом- на аэродроме Васильков до 70 самолетов.

15 октября- колонна автомашин от Белая Церковь на Лещинка.

К концу 1943г. Николай Александрович совершил 65 боевых вылета на разведку.

Приказом от 07 февраля 1944г. был награжден орденом Красного Знамени.

Известные боевые вылеты: 08 января 1944г., 21  23 и 31 марта, 08 апреля.

09 апреля экипаж с высоты 2500м. выполнил фотографирование аэродрома и железнодорожного узла Львов. Был обстрелян огнем зенитной артиллерии.

К средине мая 1943г. лейтенант Орлов совершил 85 успешных боевых вылета на разведку.

Приказом от 11 июня 1944г. был награжден вторым орденом Красного Знамени.

19 августа 1944г. полку было присвоено звание гвардейский и почетное название Львовский. Изменена нумерация на 193 отдельный гвардейский разведывательный авиационный Львовский Краснознаменный полк.

Николай Александрович был награжден медалями «За взятие Берлина», «За освобождение Праги», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.».

За долголетнюю и безупречную службу в 1951г. был награжден медалью «За боевые заслуги».

Гвардии капитан Орлов был уволен в запас 09 ноября 1955г.

В честь 40-летия Победы награжден орденом Отечественной войны II степени.