Советско-финская (1939−1940): в сорокаградусный мороз экипаж Гастелло бомбил укрепрайоны Маннергейма. Во время одного вылета отказал обогрев фонаря, стекло покрылось инеем. Штурман предлагал вернуться, но командир не разрешил. Оперативная сводка отметила «невероятно точное» попадание пятисоткилограммовой бомбы по мосту Кивиниеми. Участвовал Гастелло и в операции по присоединению Бессарабии и Северной Буковины к СССР.
«У Николая была толстая общая тетрадь с надписью «Ошибки, за которые платят жизнью». В нее он заносил заметки об авиакатастрофах" — упоминается в интервью однополчан, которое появилось в книге В. Васильева «Жизнь и подвиг Гастелло».
Сослуживец Марк Лановенко определил его характер формулой: «Требовательный к себе и подчиненным, но всеобщий любимец. Тактичный, прост в обращении, не терпел несправедливости».
24 июня 1941 года огнем крупнокалиберного пулемета со стрелковой турели стоящего на аэродроме ДБ-3ф Гастелло сбил многоцелевой самолет «Юнкерс-88».
По воспоминаниям маршала авиации Николая Скрипко, на строевом митинге 26 июня он сказал: «Что бы ни ждало нас впереди, все пройдем, все выдержим. Никакой буре нас не сломить!» «Ничто, даже угроза смерти, не может заставить его покориться врагу. До последней минуты он помнит о долге перед Родиной…», — еще одна цитата из мемуаров маршала.
В тот же день экипаж под командованием капитана Гастелло вылетел для нанесения бомбового удара по германской механизированной колонне на дороге Молодечно-Радошковичи в составе звена из двух бомбардировщиков.
Огнем зенитной артиллерии противника самолет Гастелло был подбит. Вражеский снаряд повредил топливный бак, самолет загорелся, и Гастелло совершил «огненный таран" — направил горящую машину прямо в скопление вражеской техники. Фоторазведка на следующий день зафиксировала двенадцать сгоревших танков и восемь автоцистерн.
Все члены экипажа погибли. Экипаж был интернациональным: Бурденюк — украинец, Калинин — ненец, Скоробогатый — русский, сам Гастелло — белорус. Ночью крестьяне из близлежащей деревни Декшняны извлекли трупы летчиков из самолета и, обернув тела в парашюты, похоронили их рядом с местом падения бомбардировщика.
Вот строчки из письма отца Франца Павловича Гастелло, присланного командиру полка через четыре дня после гибели сына: «.Сыны мои, Николай и Виктор, с детства приучены были не бояться огня. Металл от отца к сыну плывет».
В газете «Правда» 10 июля 1941 года вышел очерк «Капитан Гастелло». Вот цитаты из него: «…Машина в огне. Выхода нет. Но капитан Гастелло не отстегивает ремней. Вниз, к сгрудившимся цистернам, мчит он огненный комок своего самолета…», «Сотни людей на разных участках фронта повторили это имя…».
Сын Виктор получил похоронку в школьном коридоре: «Папа теперь будет жить на звездах, ищи его в Большой Медведице». Эта метафора позднее открыла его книгу «Летит сын к отцу». Анна Петровна до конца жизни держала саблю мужа и лесную корзинку — символы войны и мирных воскресных дней.
«Двенадцать лет прожила я с ним. …Вся наша жизнь прошла на аэродроме под взмах флажка стартера». «Когда спать ложился, всегда напевал: „Любимый город может спать спокойно“… Значит: Коля закончил трудовой день». Эти строчки вышли в августовском номере журнала «Смена» 1941 года, спустя полтора месяца после гибели мужа.
В 1990-е годы в средствах массовой информации появилась иная версия событий. Eе автор — майор в отставке Эдуард Харитонов. Обнародовали данные об эксгумации предполагаемой могилы Гастелло в 1951 году. Там обнаружили останки экипажа Маслова, выдвинули предположение, что именно Маслов провел «огненный таран». В дальнейшем появились сообщения, что обломки подлинного самолета Гастелло находились недалеко от места гибели Маслова, в Мацковском болоте близ села Мацки, где местные жители нашли обломок, идентифицируемый как часть самолета именно Гастелло — бирка от двигателя М-87Б с серийным № 87 844.
Высказывалось предположение, что из двух одинаково вероятных в тот момент кандидатов на подвиг выбрали именно Гастелло по нескольким соображениям: он этнический белорус; его экипаж -интернациональный, на его счету уже был сбитый «Юнкерс-88».
Ряд исследователей (прежде всего, полковник в отставке Виктор Гастелло, сын героя) отвергают эту версию. По их мнению, показания из рапортов Воробьева и Рыбаса — главный и неопровержимый факт подвига Гастелло. Обнаруженные останки Маслова и его экипажа говорят о том, что его самолет не совершал таран, а врезался в землю на бреющем полете". Отсутствие останков Гастелло свидетельствует, что он действительно совершил «огненный таран" — в результате взрыва колонны с горючим и боеприпасами ни самолет, ни останки экипажа невозможно идентифицировать.
Как в ходе войны, так в послевоенное время подвиг Гастелло выделялся из числа множества подобных. Газеты печатали рубрики «Новые Гастелло фронта», фронтовые радиостанции включали в эфир фразу «Бей, как Гастелло!». «На смерть пошел Гастелло — пойдем и мы!" — куплет фронтовой частушки.
Подвиг Николая Гастелло стал одним из самых известных в истории Великой Отечественной войны, а его фамилия — нарицательной. «Гастелловцами» стали называть летчиков, совершивших «огненный таран». Всего же было совершено 595 классических воздушных таранов (самолетом самолета), 506 таранов самолетом наземной цели, 16 морских таранов и 160 танковых таранов.
Первый задокументированный «огненный таран» до Великой Отечественной войны выполнил Михаил Ююкин — его самолет врезался в скопление японских войск 5 августа 1939 года на Халхин-Голе. За четыре дня до Гастелло Петр Чиркин направил подбитый истребитель в колонну танков под Стрыем.
Исаак Пресайзен 27 июня ударил в колонну на Минском шоссе, остановив движение транспорта по нему на три дня. Петр Игашов после воздушного тарана еще и обрушил горящий самолет на переправу — 30 июня, Двинск.
Виктор Носов в пике влетел в корабль водоизмещением шесть тысяч тонн, корабль затонул — 13 февраля 1945 года, Балтика. Олег Матвеев направил самолет в группу танков у Шнайдемюля — 14 февраля 1945 года, Польша. Борис Ковзан выжил после четырех воздушных таранов. Eкатерина Зеленко остается единственной женщиной, выполнившей воздушный таран.
В 1941 году капитану Николаю Францевичу Гастелло посмертно присвоили звание Героя Советского Союза. Маслову и всем членам его экипажа звания Героев Российской Федерации (посмертно) были присвоены в 1996 году.
Более чем в сорока городах России есть улица Гастелло; в Белоруссии и Казахстане — еще два десятка таких улиц.
Москва переименовала Третью Сокольническую уже в августе 1941 года. В Уфе имя героя получил футбольный клуб, существовавший до 1992 года. В Союзе продавались авиамодели «Гастелло-1. В Ростове-на-Дону до сих пор работает шашечный клуб «Гастелло».