После окончания аэроклуба в ноябре 1941 года призван в армию с третьего курса института и направлен в Чугуевскую авиационную школу, которую окончил в мае 1942 и оставлен лётчиком-инструктором. Год учил летать курсантов. Затем прошёл курсы переподготовки на самолёт Ла-5 и на фронте с апреля 1943 года. Командиром полка был лётчик-ас Г. Д. Онуфриенко. Первые боевые вылеты О. Н. Смирнов совершил на истребителе ЛаГГ-3. Первый боевой вылет был Юго-Западном фронте в окрестностях Миллерово.
Затем уже на Степном фронте, прикрывая группу штурмовиков, сбил первый самолёт противника. Вскоре после этого машины были заменены на Ла-5. Принимал активное участие в сражениях на Курской дуге. Во время Никопольско-Криворожской операции осенью 1943 года за три дня сбил шесть вражеских самолётов. 28 ноября 1943 года был единственный раз сбит и спасся с парашютом. Отличился в боях за Одессу и в Молдавии.
В начале 1944 года в 295-й дивизии была создана «Эскадрилья охотников», состоящая из лётчиков высокого класса. Командовал эскадрильей Н. Ф. Краснов, его заместителем был Н. М. Скоморохов. За три месяца существования эскадрильи О. Н. Смирнов сбил 10 самолётов. После расформирования «Эскадрильи охотников» он вернулся в свой полк в эскадрилью Н. Скоморохова. Принимал участие в боях в Болгарии, Румынии, Венгрии. К февралю 1945 года на его счету было 314 вылетов, 93 воздушных боя, 18 сбитых лично и 6 в группе самолётов противника. За мужество и героизм, проявленные при выполнении боевых вылетов, старший лейтенант Смирнов был представлен к званию Героя Советского Союза. В боях в Югославии, Австрии и Чехословакии он ещё увеличил свой личный счёт доведя его до 20 сбитых лично и 7 в группе самолётов. Всего за время войны он совершил 404 боевых вылета и 127 воздушных боёв, сбил 21 самолёт врага (все победы — личные, 7 групповых побед не подтверждены оперативными и отчетными документами полка)[1].
Указом Президиума Верховного Совета СССР от 18 августа 1945 года старшему лейтенанту Смирнову Олегу Николаевичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда» (№ 8049).
Демобилизован он был в 1947 году в звании капитана. После этого он поселился в Москве.
Как инвалид третьей группы работал на дому. Расписывал сувениры, выпускаемые одной из московских мебельных фабрик[2].
↑М. Ю. Быков. Все Асы Сталина 1936—1953 гг.. — Научно-популярное издание. — М.: ООО «Яуза-пресс», 2014. — С. 1121. — 1392 с. — (Элитная энциклопедия ВВС). — 1500 экз. — ISBN 978-5-9955-0712-3.
↑Басов Р. Помочь надомнику // Городское хозяйство Москвы. — 1985. — № 10.
Герои огненных лет: Очерки о Героях советского Союза — ярославцах. Сост. И. И. Сидоров, Б. П. Румянцев. Ярославль, Верне-Волжское книжное издательство, 1985. С. 246—247.