Был легко ранен 14 июля 1941г. и 03 июля 1942г.

К февралю 1943г. в составе 31 гвардейского кавалерийского полка (до 19 января 193г. 253 кавалерийский полк) 8 гвардейской кавалерийской дивизии (до 19 января 1943г. 11 кавалерийская дивизия).

Дивизия вела бои в Харьковской области, в районе г.Марефа с частями танковых дивизий СС «Адольф Гитлер» и «Мертвая голова».

С 26 февраля занимала оборону западнее г.Змиев.

28 февраля 1943г. гвардии казак Полежаев был тяжело ранен. Значился погибшим и похороненным в с.Подкопай Харьковской области, о чем родне было отправлено извещение (похоронка).

03 августа 1943г. был выписан из эвакогоспиталя ЭГ 1139.

К июню 1944г. механик-водитель танка Т-34-85 267 танкового батальона 23 танковой бригады 9 танкового корпуса.

В средине июня бригада в составе корпуса совершил 250-км марш. К 24 апреля сосредоточилась в готовности переправиться через р.Друть. 26 июня наши части прорвали оборону противника. Бригада вышла к р.Березина в районе Бобруйска. С 27 по 28 июня вела бои по уничтожению Жлобинской группировки противника, пытавшейся прорваться из окружения. С 29 июня по 03 июля участвовала в Минской операции. С 04 по 07 июля- в Барановичской операции. С 08 по 28 июля- в Брестской операции.

Проявив себя отличным механиком-водителем, старший сержант Полежаев сохранил свою боевую машину от огня противника. В боях экипаж танка уничтожил противотанковое орудие, 2 автомашины, 12 повозок, 4 миномета, до 200 солдат и офицеров противника.

Приказом от 08 августа 1944г.  Николай Сергеевич был награжден орденом Красной Звезды.

С 14 января 1945г. бригада участвовала в прорыве обороны противника на западном берегу р.Висла и наступала в направлении польского г.Радом. С 16 января- в направлении г.Лодзь. С 20 января- в направлении г.Калиш. Наступая в голове танкового корпуса, бригада шла на максимальной скорости, преследуя отступающие немецкие части, уничтожая гусеницами о огнем вражеские обозы и пехоту.

Выйдя к р.Варта, используя эффект неожиданности,. 5 танков бригады проскочили мост и завязали бои на восточной окраине г.Варто, после чего немцы подорвали мост, который заранее заминировали. Остальные танки искали брод. Найдя место брода, Николай Сергеевич повел свой танк через брод. Ломая лед, погруженный до уровня башни в воду, танк прошел к противоположному берегу, где уткнулся в глыбу льда. По проходу, проделанному Николай Сергеевич, остальные танки переправились на противоположный берег и продолжили преследовать отступавшего противника.

С 24 января бригада наступала в направлении г. Цюллихау (совр. Сулехув Sulechów), выйдя 29 января к р.Одер. 

28 января 1945г. старший сержант Полежаев был представлен к званию Герой Советского Союза. Указом Президиума ВС СССР от 27 февраля 1945г. ему было присвоено звание Герой Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».

В феврале- марте бригада вела бои в Померании.

В апреле-мае 1945г. участвовала в Берлинской операции и штурме Берлина.

К 23 апреля 23 танковая бригада продолжала наступление совместно с 150 стрелковой дивизией 79 стрелкового корпуса

25 апреля наводила переправу через канал Берлин-Шпандауэр-Шиффартс, и к 18-00, переправившись, вела бои на северной опушке Фолькс парк. 

29 апреля бригада переправилась через р.Шпрее и к 18-00, овладев первыми кварталами, вышла в район парка Тиргартен в 400м северо-западнее Рейхстага.

30 апреля к 12-00 завязала бои за Рейхстаг и, совместно с пехотой 150 стрелковой дивизии, овладев им, поставила Знамя Победы в центре города.

Приказом от 26 мая 1945г. старший сержант Полежаев был награжден орденом Отечественной войны II степени.

Награжден медалями «Зв освобождение Варшавы», «За взятие Берлина», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.».

Участник Парада Победы в составе 4 батальона сводного полка 1 Белорусского фронта (командир сводного полка генерал-лейтенант Рослый Иван Павлович).