Образован 24 июня 1941 года на базе управления и войск Прибалтийского Особого военного округа в составе 8-й, 11-й, 27-й армий и ВВС округа
В ходе приграничных сражений 1941 года войска Северо-Западного фронта сдерживали продвижение группы армий «Север» в глубь советской территории,
Отступая с боями из Прибалтики в псковско-новгородском направлении, войска фронта нанесли один из первых успешных советских контрударов по немецким войскам в районе г. Сольцы (14-18 июля) и контрудар южнее Старой Руссы (12-14 августа).
С января 1942 по февраль 1943 гг. войска фронта вели боевые действия по ликвидации Демянского плацдарма противника.
В ходе Демянской наступвтельной операции 1941 года (январь-февраль) были окружены основные силы 2 армейского корпуса 16-й немецкой армии группы армий «Север» (т.н. «Демянский котел»). После прорыва окружения противником в апреле 1942 года было проведено 9 наступательных операций и 2 оборонительные. 15-28 февраля 1943 года войска Северо-западного фронта провели 2-ю Демянскую операцию, в ходе которой был освобожден г. Демянск.
20 ноября 1943 года Северо-Западный фронт был расформирован в связи с созданием 1-го Прибалтийского фронта.