На фронте с первых дней войны.

Был ранен 30 сентября 1941г, 13 февраля 1942г.

Воевал на Северо-Кавказском фронте наводчиком миномета отдельного стрелкового батальона 4 или 10 отдельной стрелковой бригады.

Был ранен 13 апреля 1943г.

Награжден медалью «За оборону Кавказа».

В начале июля 1943г. в районе станицы Крымской (Краснодарский край) на базе 4 и 10 гвардейских Краснознаменных бригад формировалась 108 гвардейская стрелковая дивизия. В состав дивизии входил 311 гвардейский стрелковый полк. Полк формировался в 7км. юго-западнее станицы Абинская. Основу полка составили 1 и 2 отдельные стрелковые батальоны 4 гвардейской Краснознаменной бригады.

С 22 июля полк участвовал в прорыве глубокоэшелонированной линии противника на участке хутор Арнаутский- хутор Подгорный («Голубая линия»).

С 26 сентября участвовал в прорыве линии обороны противника «Ватан» (севернее Мелитополя). 

10 октября в районе с.Коханое (Запорожская обл.)-гвардии рядовой Головлев точным огнем участвовал в уничтожении батареи 50-мм минометов противника.

Приказом от 25 октября 1943г. был награжден медалью «За отвагу».

К 03 ноября- вышел к Днепру.

В начале декабря дивизия была выведена в резерв, вернулась на фронте в конце января 1944г. 

С 12 по 28 февраля 1944г. полк в составе дивизии я участвовала в боях за расширение Никопольского плацдарма на правом берегу р.Днепр. С 01 по 28 марта вел бои за г.Николаев, с 01 по 09 апреля- за Одессу.

26 марта в бою за с.Водопой (северо-восточнее г.Николаев) гвардии младший сержант Головлев беглым огнем рассеял и частично уничтожил до 50 солдат и офицеров противника.

Приказом от 13 апреля 1944г. был награжден второй медалью «За отвагу».

С 18 по 30 апреля 1944г. полк вел бои по расширению плацдарма на правом берегу р.Днестр в районе с.Талмаз (Молдавия). После чего перешел к обороне.

20 августа 1944г. при прорыве обороны противника на правом берегу р.Днестр у с.Чобручи, командир расчета Головлев заменил выбывшего из строя командира взвода, под его руководством взвод уничтожил 3 огневые точки и до взвода пехоты противника.

Приказом от 12 сентября 1944г. был награжден третьей медалью «За отвагу».

В сентябре наступали в южном направлении в междуречье Сирет и Прут.

22 октября 311 полк овладел городом Алпар, ночью отражал контратаки противника.

В начале ноября дивизия наступала на Будапешт. Овладела городами Надькереш (01 ноября) и Цеглед (03 ноября).

13 ноября 1944г. Николай Дорофеевич был легко ранен.

С 26 ноября велась подготовка к форсированию Дуная. В ночь с 04 на 05 декабря полк форсировала Дунай.

20 декабря юго-западнее Будапешта минометный расчет гвардии сержанта Головлева уничтожил 2 огневые точки и до взвода пехоты противника.

Приказом от 10 января 1945г. Николай Дорофеевич был награжден четвертой медалью «За отвагу».

С 26 декабря полк вел бои за Будапешт (район Буда). Город был освобожден 13 февраля 1945г.

В апреле полк прорвал оборону противника на венгерско-австрийской границе и вел бои на территории Австрии.

10 апреля в 12-25 полк перешел в наступление. В 13-00 овладел первой линией траншей, продолжил наступление и овладел второй и третьей линиями. В 14-10 овладел Чаниграбен (Австрия), продолжил наступление в направлении г. Пинкафельд.

В этот день, за 20 минут до начала атаки, минометный расчет гвардии старшего сержанта Головлева участвовал в огневом налете на позиции противника, уничтожив 3 пулеметные точки с прислугой.

14 апреля, отражая контратаки противника в районе селения Южный Рор, точным заградительным огнем минометчики не дали возможности противнику приблизиться к нашим позициям.

Боевые действия полк завершил взятием железнодорожной станции Графендорф (юго-западнее г. Пинкафельд).

Приказом от 20 июля 1945г. Николай Дорофеевич был награжден орденом Красной Звезды.

Награжден нагрудным знаком «Отличный минометчик».

Награжден медалями «За взятие Будапешта» и «За победу над Германией в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.».