Отечественной войны И. М. Водопьянов в конце октября 1941 г. был назначен начальником оперативного отделения штаба 343-й стрелковой дивизии, которая в составе 56-й отдельной армии вела оборонительные бои под г. Ростов-на-Дону. В ноябре – декабре она участвовала в Ростовских оборонительной и наступательной операциях. 25 декабря майор И. М. Водопьянов допущен к исполнению должности начальника штаба дивизии. 6 января 1942 г. дивизия убыла на Юго-Западный фронт в 6-ю армию и вела оборонительные бои в районе Балаклеи. В период с 17 по 18 мая 1942 г., в ходе развернувшегося Харьковского сражения, она была переброшена в район г. Изюм и вела здесь тяжелые бои с наступающим противником. 20 мая ее части переправились через р. Северский Донец, выбили противника из г. Изюм и овладели рядом господствующих высот южнее города. Ввод частей дивизии и ее успешные действия в районе г. Изюм дали возможность войскам 9-й армии привести себя в порядок и прочно закрепиться на рубеже обороны по р. Северский Донец. В середине июня дивизия вошла в 21-ю армию Юго-Западного фронта и участвовала в Воронежско-Ворошиловградской оборонительной операции. 12 июля она была переброшена на клетское направление в состав Сталинградского фронта. В августе – сентябре ее части вели оборонительные бои в излучине Дона на рубеже Ново-Григорьевская, Яблонецкий, Сиротинская. 28 сентября дивизия вошла в 24-ю армию, затем 16 октября была подчинена 66-й армии Донского фронта и вела бои северо-западнее Сталинграда. 20 января 1943 г. она прорвала оборону противника и овладела рубежом Древний Вал, Кузьмичи, Опытное поле. С 23 января ее части вели наступательные бои на направлении главного удара армии. Прорвав оборону противника и преследуя его в южном направлении, дивизия к 28 января вышла к северо-западной части Сталинградского тракторного завода, где в течение 5 дней вела ожесточенные бои. За все 10 месяцев Сталинградской битвы она находилась в непрерывных боях, на формирование не выводилась, всегда находилась в боеготовом состоянии. За проявленную отвагу в боях с немецкими захватчиками, за стойкость, мужество, дисциплину и героизм личного состава дивизия была преобразована в 97-ю гвардейскую (4.5.1943). По окончании боев под Сталинградом в апреле 1943 г. дивизия была передислоцирована в Степной ВО. 31 мая подполковник И. М. Водопьянов назначается начальником штаба 299-й стрелковой дивизии. С 9 июля 1943 г. в составе 53-й армии Степного фронта участвовал с ней в Курской битве, Белгородско-Харьковской наступательной операции. В начале сентября от должности был отстранен и зачислен в распоряжение Военного совета армии. С 16 октября допущен к исполнению должности начальника штаба 233-й стрелковой дивизии. В составе 53-й армии Степного фронта (с 20 октября – 2-го Украинского) участвовал в битве за Днепр, Кривоградской, Корсунь-Шевченковской, Уманско-Ботошанской и Ясско-Кишиневской наступательных операциях. С 30 ноября 1943 по 7 января 1944 г. и с 9 марта по 3 июня 1944 г. полковник И. М. Водопьянов исполнял должность командира этой дивизии. 15 июля 1944 г. по болезни убыл в отпуск. После выздоровления 31 августа он зачисляется слушателем на КУВНАС при Военной академии им. М. В. Фрунзе.
