С 28 ноября 1940г. служил в составе 269 скоростного бомбардировочного авиаполка.

15 мая 1941г. младший лейтенант Фоменко направлен в Краснодарское военное авиационное училище им.Красина.

В 1942г. слушатель Полтавских высших авиационных курсов усовершенствования штурманов ВВС Красной Армии (с сентября 1941г. находились в Краснодаре, При подходе немецких войск к городу в 1942г. эвакуированы в г.Ворошиловск (Ставрополь), в сентябре 1942г.- в г.Соль-Илецк Чкаловской (Оренбургской) обл.).

Николай Тимофеевич на фронте со средины сентября 1942г.

22 октября 1942г. был ранен осколком в левое плечо.

С 27 марта 1943г. стрелок-бомбардир 451 отдельной армейской авиаэскадрилье связи 37 армии.

Участвовал в боях за Кубань, Украину, Бессарабия и Румынию. Совершил 40 вылетов.

Был назначен начальником химслужбы эскадрильи.

Приказом от 09 июля 1945г. лейтенант Фоменко был награжден орденом Красной Звезды.

Награжден медалями «За оборону Кавказа», «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.».

За долголетнюю и безупречную службу в 1949г. был награжден медалью «За боевые заслуги», в 1954г.- орденом Красной Звезды.

Старший лейтенант Фоменко был уволен в запас 24 мая 1958г.