Войну начинал в должности заместителя командующего войсками КОВО, в июне 1941 года командовал оперативной группой войск 9-го и 19-го механизированных корпусов, которая проводила контрудар против 1-й танковой группы[источник не указан 4315 дней]. С 30 июня по 27 июля 1941 — командующий 8-й армией. 4 августа по указанию Главкома Северо-Западного направления Ворошилова за «бездеятельность и бегство из района боевых действий под предлогом своей болезни»[источник не указан 4315 дней] был арестован Особым отделом НКВД Северного фронта. 12 августа 1941 года Постановлением Военного совета Северо-Западного направления уголовное дело в отношении Иванова Ф. С. было прекращено, он был освобождён из-под стражи. С 17 августа по 1 сентября 1941 года — командир 2-й гвардейской Ленинградской дивизии народного ополчения. С 1 по 15 сентября — командующий 42-й армией Ленинградского фронта. За «самовольно отданный приказ об отступлении 42-й армии»[источник не указан 4315 дней] был снят с должности командующего армией Жуковым и назначен начальником гарнизона и командующим войсками внутренней обороны Ленинграда.
Арестован 22 февраля 1942 года по Постановлению Управления особых отделов НКВД СССР. По материалам НКВД Иванов «сознался в том, что вёл среди своего окружения антисоветскую агитацию о том, что неуспехи Красной Армии в первые месяцы войны явились результатом якобы неправильной политики партии и Советского правительства по вопросам коллективизации сельского хозяйства. Утверждал, что крестьяне, составляющие основной контингент Красной Армии, не заинтересованы в дальнейшем ведении войны и, будучи лишены частной собственности, защищать Советскую власть якобы не хотят. Кроме того, Иванов высказывал антисоветские измышления по адресу советской печати, выражая неверие в правдивости сообщений Советского информбюро. Признал также, что, будучи командующим 8-й армией Ленинградского фронта, проявил трусость и, бросив армию, бежал с фронта».[3]
21 декабря 1945 года по завершении расследования Булганин, Антонов и Абакумов направили И. В. Сталину предложения по освобождению нескольких ранее арестованных генералов, в их числе и Ф. С. Иванова. Постановлением следственного отдела ГУРК «Смерш» НКО СССР от 8 января 1946 года Иванов Ф. С. был освобождён из-под стражи «согласно специальному указанию»[источник не указан 4315 дней], восстановлен в воинском звании, и срок нахождения под стражей был зачислен ему в срок воинской службы. С 1946 года — слушатель Высших академических курсов при Высшей военной академии им. К. Е. Ворошилова, после их окончания с июня 1947 года — помощник командующего 8-й механизированной армиейПрикарпатского военного округа.
11 июля 1952 года приказом Военного министра СССР в возрасте 55 лет был уволен в запас.
Коллектив авторов. Великая Отечественная. Командармы. Военный биографический словарь / Под общей ред. М. Г. Вожакина. — М.; Жуковский: Кучково поле, 2005. — С. 85—86. — ISBN 5-86090-113-5.
Великая Отечественная. Комдивы [Текст] : военный биографический словарь : в 5 т. / Д. А. Цапаев (рук.) и др. ; под общ. ред. В. П. Горемыкина. — М. : Кучково поле, 2011. — Т. 1. — С. 685—687. — 736 с. — 200 экз. — ISBN 978-5-9950-0189-8.
Коллектив составителей и редакторов. Военный совет при народном комиссаре обороны СССР. 1938, 1940 гг.: Документы и материалы.. — М.: РОССПЭН, 2006. — 336 с. — 1000 экз. — ISBN 5-8243-0694-X.
Соловьев Д. Ю. Все генералы Сталина. — М., 2019. — ISBN 9785532106444. — С.37.