На фронт Иван Никитович был мобилизован в августе 1941 года механиком водителем танка Т-40 27 танковой бригады Западного фронта.  В ноябре 1941 года был направлен в Военно-политическое училище МВО.Окончив его в мае 1942 года, был направлен в 23 отдельный учебный танковый полк МВО военным комиссаром ремонтной роты. В марте 1943 года был назначен заместителем командира танковой роты по политчасти 2-го запасного танкового полка Уральского военного округа.  В июне 1943 был направлен в Челябинское танково-техническое училище, окончив его в марте 1944 года, попал на фронт командиром роты технического обеспечения в составе 282 отдельного автотранспортного батальона 1-го Украинского фронта.С декабря 1942 года по декабрь 1945 года Иван Никитович служил автомобильным техником в 40-ой гвардейской танковой бригаде 1-го Белорусского фронта. В ее составе зимой 1945 года участвовал в освобождении Варшавы, за что и получил медаль «За освобождение Варшавы». Эта операция имела огромное стратегическое значение в исходе второй мировой войны, так как после освобождения Варшавы от фашистов открылся прямой путь в Германию. На броне танков, на орудиях появились надписи мелом «Вперед, на Запад», «На Берлин». Но до боев за Берлин оставалось ещё долгих четыре месяца, унесших много тысяч человеческих жизней.

Продвижение на запад проходило медленно, с упорными боями. Наступление на столицу Германии началось 16 апреля 1945 г. Для удара, который должен был сотрясти немецкую оборону, была применена невиданная плотность огня — свыше 600 орудий на 1 км фронта. Наиболее жаркие бои разгорелись на участке 1-го Белорусского фронта, где и служил Иван Никитович. Для взятия Берлина был использован не только лобовой удар 1-го Белорусского фронта, но и фланговый маневр танковых армий (3-й и 4-й) 1-го Украинского фронта. Преодолев за несколько дней более сотни километров, они прорвались к германской столице с юга и завершили ее окружение. В это время войска 2-го Белорусского фронта наступали в сторону Балтийского побережья Германии, прикрывая правый фланг наступавших на Берлин сил. Кульминацией операции стала битва за Берлин, в котором находилась 200-тысячная группировка под командованием генерала X. Вейдлинга. Бои в черте города начались 21 апреля, а к 25 апреля он был полностью окружен.В сражении за Берлин, которое длилось почти две недели и отличалось крайней ожесточенностью, приняло участие до 464 тыс. советских солдат и офицеров. Сражения не затихали ни днем, ни ночью. Днем штурмовые части наступали первыми эшелонами, ночью — вторыми. Особенно ожесточенным было сражение за рейхстаг, над которым было водружено Знамя Победы. В ходе Берлинской операции Иван Никитович потерял огромное количество однополчан, с которыми бок о бок воевал столько дней войны, делил ее лишения. Потери Красной Армии составили 352 тыс. чел. По интенсивности потерь эта операция сравнима лишь с Курской битвой. Берлинская операция нанесла последний сокрушительный удар по вооруженным силам Третьего рейха, которые с потерей Берлина лишились способности к организованному сопротивлению. Спустя шесть дней после падения Берлина, в ночь с 8 на 9 мая, германское руководство подписало акт о безоговорочной капитуляции Германии. Для участников Берлинской операции была выпущена медаль «За взятие Берлина», которой был награжден и Иван Никитович Завалихин. Несмотря на окончание войны, Иван Никитович, как и тысячи других советских солдат и офицеров, остался служить в Германии  в составе 40-го гвардейского танкового полка в должности командира взвода обеспечения. И только в июле 1946 года в звании старший лейтенант он был демобилизован в родное село Красногвардейское, где всю войну его ждала семья – жена и трое сыновей. За непосредственное участие на фронтах Отечественной войны и победу над нацистской Германией Иван Никитович Завалихин был награжден также орденом «Отечественной войны 2 степени», орденом «Красной Звезды», медалью «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.» и медалью Жукова.